JP3610296B2 - 液体収納容器 - Google Patents
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Description
【０００１】
本発明は、周囲の液体の物性情報を入手し、その情報を外部へ伝達する機能を有する液体収納容器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、液体吐出記録装置としては、記録ヘッドに設けた複数の噴射ノズルからインクを噴射させながら、記録ヘッドを搭載したキャリッジを用紙に対して相対的に走査することで、画像をドットパターンで用紙に形成するインクジェット記録装置が知られている。この記録装置では、記録用のインクを収容したインクタンクが備えられており、そのインクタンクのインクがインク供給路を介して記録ヘッドに供給される。そのため、インクタンクのインクの残量を検出するためのインク残量検出装置が実用に供されるととにも、種々提案されている。
【０００３】
例えば、特開平６−１４３６０７号公報に開示されたものは、図３０に示すように、非導電性のインクが満たされているインクタンク７０１の底側の内面に配設された２本（１対）の電極７０２と、インクタンク７０１内のインク液面に浮遊している浮揚体７０３とを有している。２本の電極７０２は、両者間の導通状態を検知する検知部（不図示）にそれぞれ接続されている。また、浮揚体７０３には、電極７０２と対向する位置に電極７０４が配設されている。インクタンク７０１内のインクが消費され、それと共に浮揚体７０３の位置が低下して電極７０４が電極７０２と接触すると、検知部により電極７０２間のの導通状態が検知される。これにより、インクタンク７０１内のインクが無いことが検出され、インクジェット記録ヘッド７０５の動作が停止される。
【０００４】
また、特登録２９４７２４５号によれば、図３１に示すように、下部が底面に向かって漏斗状に形成されるとともに、底面に２つの導電体８０１，８０２が設けられ、インク８０３よりも比重の小さい金属球８０４が内部に設置される構成のインクジェットプリンタ用インクカートリッジ８０５が開示されている。このような構成では、インク８０３が消費されて減っていくとインク８０３の液面が下がる。それに伴って、インク８０３の表面に浮かんでいる金属球８０４の位置が下がっていく。インク８０３の液面がインクカートリッジ筺体の底面の位置まで下がると、金属球８０４は２つの導電体８０１，８０２に接する。すると、導電体８０１，８０２が導通するので、その間に電流が流れる。その通流を検出すれば、インクエンド状態を検出することができる。インクエンド状態が検出されれば、インクエンド状態を示す情報が使用者に知らされる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したインク検知構成はいずれも、インクタンク内に設置された電極間の導通の有無の検出によりインク無しを検出するものであるので、インクタンク内に検出用の電極を配置する必要がある。しかも、インクタンク内にインクが存在しているときにインクを介して電極間が導通しないようにするため、インク成分に金属イオンが用いられない等の、使用するインクに制約が生じてしまう。
【０００６】
また、上記のインク検知構成ではインクの有無しか検知することが出来ず、その他のタンク内情報を外部が知ることが出来ない。例えば、インク残量がどれくらいであるか、インクタンク内の圧力情報、インク物性の変化などは、インクジェットヘッドを常に安定した吐出量で動作させるのに重要なパラメータであり、タンク内のインク消費に伴って時々刻々と変化するタンク内圧を外部のインクジェット記録装置にリアルタイムで知らせたり、インク物性の変化を外部へ伝達できるタンクが望まれている。
【０００７】
さらに、一方的にインクタンク内の検知した情報を外部へ知らせるのみならず、外部からの問いかけに対して内部情報を返答するような双方向の情報のやり取りを実施できるインクタンクが望まれている。
【０００８】
また、インクジェットヘッド用タンクの一形態として、インクジェット記録ヘッドに対して所望の負圧を発生する多孔質材や繊維体などの負圧発生部材を収納した大気連通状態の第１室と、記録液をそのまま収容した第２室とに区分された容器であって、その容器内の第１室と第２室の仕切壁の底部に連通路が設けられたものが実用に供されている。このタンクは、負圧発生部材を収納する室のみからなるタンクと比べて、インク収容量が多い、インクジェット記録ヘッドに対する負圧を安定させることができる、という利点がある。このため、上記の２室構造のタンクにおいて、タンク内のインク残量、インク物性の変化などの情報を外部と双方向にやり取りできる機能を備えたインクタンクが特に望まれている。
【０００９】
上記のようなインクタンクを開発するにあたって、本発明者らは、直径１ミリのシリコン・ボールの球面上に半導体集積回路を形成するというボール・セミコンダクター社のボール・セミコンダクターに着目した。このボールセミコンダクターは球形であるため、これをインクタンク内に収容すれば、周囲環境情報の検出や外部との双方向の情報のやり取りを平面形に比べて非常に効率良く行えることが予想された。しかしながら、このような機能を持つものを調査したところ、ボール・セミコンダクター同士を電気配線で接続する技術などが存在する（米国特許明細書第５８７７９４３号参照）だけで、上記の機能を持つ素子自体の開発が必要となった。また、この素子を上記のインクタンクにも有効に適用できるものとするために、いくつかの固有の課題もあった。
【００１０】
第１に、タンク内に収容された素子を起動させるための電力の供給である。素子の起動のための電源をインクタンクに持たせるとタンクが大型になったり、タンク外部に電源を備える場合でも電源と素子との接続手段が必要になり、タンクの製造コストが増え、タンクカートリッジが高価になるので、外部より非接触で素子を起動させねばならない。
【００１１】
第２に、前記インクをそのまま収容する第２室に素子を配置したい場合、インクタンクのインク液面や液面より一定の距離沈んだインク中で素子を浮遊させなければならない場合があることである。例えば、インクタンク内のインク消費に伴う負圧量の変動を経時的に監視するには、インク液面に素子が位置するのが望ましいが、素子は水より比重の大きいシリコンからなるため、インクに浮遊させることは一般には困難である。
【００１２】
本発明の目的は、上記の２室構造タンクにおいて、タンク内の情報の検出や、この検出に関して外部と双方向に情報のやり取りを行える立体形半導体素子を備えた液体収納容器を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明は、液滴を吐出する液体吐出ヘッドに供給されるインクを収容した液体収納容器であって、
前記液体収納容器は、一部が大気に連通されるとともに前記液体吐出ヘッドに液体を供給する供給口とを備え内部に液体を吸収する吸収体が収容された第１室と、外部から密閉され前記液体を直接収容する第２室と、前記液体収納容器の使用状態における底部側に前記第１室と前記第２室を連通する連通路とを有しており、
前記第１室内には前記第１室の圧力変動を監視する第１の監視手段としての第１の立体形半導体素子が、
前記第２室内には前記第２室の液量を監視するために、液面もしくは液中に浮かんで配された液体の残量を検知する残量検知手段を構成する第２の監視手段としての第２の立体形半導体素子が、
前記連通路には、前記第１の監視手段もしくは第２の監視手段からの情報に応じて前記連通路を流れる液体の流量を調節する流量調節装置としての第３の立体形半導体素子が、それぞれ配置されており、
前記第２の監視手段としての第２の立体形半導体素子は、液面もしくは液中の所定の高さで浮遊するための空洞部を有し、前記第２の立体形半導体素子の重心が当該素子の中心より下方に位置するとともに、当該素子のメタセンタが前記重心より常に上方に位置するように構成されたものであり、
前記流量調節装置としての第３立体形半導体素子は、前記第１の監視手段もしくは第２の監視手段からの情報を受信する受信手段と、前記受信した情報に応じて前記液体の流量の調整するために、球状シリコンと、該球状シリコンと間隔を有して片持ち支持されて前記第１もしくは第２の立体形半導体素子の情報に応じて開閉動作される第１可動部および第２可動部と、該第１可動部と第２可動部とをつなぎ前記球状シリコンとの間に空間として構成された通路と、前記球状シリコンの表面の一部に設けられた第１および第２ベース電極と、前記第１および第２ベース電極と対向し前記第１および第２可動部にそれぞれ設けられた第１および第２バルブ電極と、を備え、外部から与えられるエネルギーを、前記受信手段および前記可動部を動作させるための、前記エネルギーとは異なる種類のエネルギーに変換するエネルギー変換手段とを少なくとも有して構成されている、ことを特徴とする。
【００１６】
上記のとおりの発明の液体収納容器内に配する立体形半導体素子は、情報を入手すべき対象である液体に接して置かれる。この状態で、情報入手手段により、液体に関する情報を入手し、その情報を、情報伝達手段により外部へ伝達する。これら情報入手手段および情報伝達手段を作動させるためのエネルギーは、エネルギー変換手段によって、外部からのエネルギーが異なる種類のエネルギーに変換されて与えられる。このように、液体に関する情報を入手して外部に伝達する機能を立体形の半導体素子に作り込んでいるので、情報の入手および伝達を三次元的に行える。そのため、平板型の半導体素子を用いる場合に比べ、情報の入手および伝達の方向の制限も少ないので、液体に関する情報の入手および外部への伝達が効率的に行えるようになる。
【００１７】
入手情報と比較するための情報を蓄積する情報蓄積手段と、これに蓄積された情報と情報入手手段で入手した情報とを比較し外部への情報の伝達の必要性を判断する判断手段とを更に有することで、入手情報は必要に応じて外部へ伝達される。さらに、外部からの信号を受信する受信手段を付加することで、受信信号に応じて情報を入手し、蓄積情報との比較結果をその入手情報とともに外部へ伝達し、外部装置と双方向に信号の送受信を行うことも可能となる。
【００２８】
また本明細書中の「立体形半導体素子」の「立体形」とは、三角柱、球、半球体、四角柱、回転楕円体、一軸回転体など、種々の立体形を全て含む。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００３０】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の液体収納容器の第１の実施の形態を示す概略断面図である。図１に示すインクタンク１０は、互いに仕切壁１０ａで仕切られた負圧発生室（第１室）１とインク室（第２室）２とを有する。仕切壁１０ａの下端部は連通路１０ｂとなっており、この連通路１０ｂを介して、負圧発生室１とインク室２とが連通している。負圧発生室１には、繊維体や多孔質体などで構成される負圧発生部材（吸収体）が収納されており、負圧発生室１内でインクは負圧発生部材に吸収された状態で保持されている。また、負圧発生室１には、負圧発生室１内のインクをインクジェット記録ヘッド（不図示）等、外部に供給するためのインク供給口３と、負圧発生室１の内部を大気と連通させる大気連通口（不図示）とが設けられている。インク室２は、連通路１０ｂを除いて実質的に密閉構造で、インクをそのまま保持している。このような構成のインクタンク１０によれば、インク供給口３からのインクの消費に伴い、連通路１０ｂを介して、負圧発生室１からインク室２へ気体（大気連通口から導入された気体）が導出されるとともに、それと見合った量のインクがインク室２から負圧発生室１へ導入され、これにより、負圧発生室１内に保持されるインクの量すなわち負圧発生室１内の負圧がほぼ一定に保たれる。
【００３１】
そして、インク室２に保持されたインクの液面に、インクに関する情報を入手して外部へ伝達できる立体形半導体素子１１が浮かべられている。この素子１１を液面に浮かべる構成については後述する。なお、立体形半導体素子はインク室５２に限られず、インクに関する情報を入手できれば負圧発生部材中に配置されていてもよく、また立体形半導体素子は１つの場所に限らず、異なる箇所や同一箇所に複数個配置されてもよい。
【００３２】
図２は、本実施形態の立体形半導体素子１１の内部構成および外部とのやり取りを表したブロック構成図である。本実施形態の立体形半導体素子（以下、単に「素子」という）１１は、外部Ａから素子１１に向かって非接触で供給された起電力１２を電力１３に変換するエネルギー変換手段１４と、エネルギー変換手段１４で変換された電力１３により起動する情報入手手段１５、判断手段１６、情報蓄積手段１７、および情報伝達手段１８とを備えている。少なくともエネルギー変換手段１４および情報入手手段１５は素子１１の表面もしくは表面付近に形成されていることが望ましい。また、素子１１を動作させるために供給する起電力には、電磁誘導、熱、光、放射線などを適用することができる。但し、図１には、インクタンク１０の下方に配置された外部共振回路１０１からの電磁誘導による誘導起電力で素子１１は電力を発生し、かつ、共振周波数を発生してインクタンク１０内のインク情報を外部に伝達する態様を代表して概念的に表した。
【００３３】
情報入手手段１５は、素子１１の周囲環境情報であるインクタンク内のインクに関する情報（インク情報）を入手し、判断手段１６へ出力する。判断手段１６は、情報入手手段１５より入手したインク情報と情報蓄積手段１７に記憶されている情報とを比較し、入手したインク情報を外部へ伝達する必要があるか否かを判断する。情報蓄積手段１７は、入手するインク情報と比較する諸条件や情報入手手段１５より入手したインク情報そのものをデータテーブルとして蓄積する。情報伝達手段１８は、判断手段１６からの命令に基づき、エネルギー変換手段１４により与えられた電力を、インク情報を外部Ａ又は外部Ｂに伝達するためのエネルギーに変換して、外部Ａ又は外部Ｂへインク情報を伝達する。ここで、外部Ｂとは、起電力１２の供給源である外部Ａとは異なる対象であり、この素子１１が収容されるインクタンクを搭載するインクジェット記録装置の他に、例えば、人の視覚や聴覚といった感覚器官も含む。
【００３４】
図３は、図２に示した素子の動作を説明するためのフローチャートである。図２及び図３を参照すれば、外部Ａから素子１１に向かって起電力１２を与えると、エネルギー変換手段１４は起電力１２を電力１３へと変換し、その電力１３により情報入手手段１５、判断手段１６、情報蓄積手段１７、および情報伝達手段１８を起動する。
【００３５】
起動した情報入手手段１５は、素子１１の周囲環境情報であるインクタンク内のインク情報、例えば、インクの残量、インクの種類、温度、ペーハー（以下、「ｐＨ」と記す。）などの情報を入手する（図３のステップＳ１１）。更に、大気連通口を介して、インク中の揮発成分が蒸発し、インク中の色材（染料や親水化された顔料成分）が会合して、見かけ上、ゲル化（高分子化）されていることも情報として入手することができる。（尚、詳細は、後述している）。次に、判断手段１６は、入手したタンク内部情報と参照するための条件を情報蓄積手段１７より読み出し（図３のステップＳ１２）、この読み出した条件と入手したタンク内部情報とを比較し、情報伝達の必要性を判断する（図３のステップＳ１３）。ここで、情報蓄積手段１７に予め設定してある条件に基づく判断は、例えばインク残量が２ｍｌ以下になったり、インクのｐＨが大きく変化したりした為にタンク交換が必要との判断を行うことが挙げられる。
【００３６】
ステップＳ１３において判断手段１６が外部へタンク内の情報を伝達する必要がないと判断した場合には、情報蓄積手段１７に現在のインクタンク内の情報が蓄積される（図３のステップＳ１４）。なお、次に情報入手手段１５がインクタンク内の情報を入手したとき、判断手段１６は、その入手した情報とここで蓄積された情報とを比較してもよい。
【００３７】
またステップＳ１３において、判断手段１６がインクタンク内の情報を外部へ伝達する必要があると判断した場合には、エネルギー変換手段１５により変換され電力１３が、情報伝達手段１８でさらに、インクタンク内の情報を外部へ伝達するためのエネルギーへと変換される。この伝達するためのエネルギーとしては、磁界、光、形、色、電波、音などを使用することが可能であり、例えば、インク残量が２ｍｌ以下になったと判断された場合には音を鳴らしてタンク交換が必要であることを外部Ｂ（例えば、インクジェット記録装置）に伝達する（図３のステップＳ１５）。また、伝達先はインクジェット記録装置のみでなく、特に光、形、色や音などの場合は人の視覚や聴覚に伝達してもよい。さらに、インク残量が２ｍｌ以下になったと判断された場合には音を発し、インクのｐＨが大きく変化したときには光を発するなど、情報に応じてその伝達方法を変えてもよい。
【００３８】
インクジェット記録装置に用いられる場合、素子１１に外部エネルギーとして起電力を供給する手段を設けるのに好ましい位置としては、シリアル型のインクジェット記録装置を例に挙げると、記録ヘッド、キャリッジ、記録ヘッドの回復ポジション、もしくはキャリッジリターンポジション等が挙げられる。これ以外にも、起電力を供給する手段を有する装置を用いれば、インクジェット記録装置がなくてもインクタンク内部の状態を知ることができ、例えば、工場や販売店で、実際にインクタンクをインクジェット記録装置に装着することなく、インクタンクの品質検査を行うこともできる。
【００３９】
本実施形態によれば、素子１１がエネルギー変換手段１５を有しているので、外部と直接的な電気的配線を行う必要がなくなり、外部と直接的な電気的配線を行うことが困難な個所、例えば、図１に示したようなインク中の他にも負圧発生部材中など、対象物中のどの個所であっても素子１１を使用することができる。インクに接するように素子１１を配すれば、インクの状態をリアルタイムで正確に把握することが可能となる。
【００４０】
また、素子１１がエネルギー変換手段１５を有しているので、素子１１を動作させるための起電力を蓄積する手段（本例では電源）を素子１１に設ける必要がなくなる。そのため、素子１１の小型化が可能となり、狭い個所であっても素子を使用することができる。尚、本形態では素子１１と非接触で素子１１に起電力を供給したが、一時的に外部と接触して起電力を供給した後、外部と非接触となる形態でもよい。
【００４１】
ここで、エネルギー変換手段１４について、図１にも表したように電磁誘導を利用して電力を発生させる場合を例に挙げて説明する。
【００４２】
図４は、本発明の立体形半導体素子の構成要素であるエネルギー変換手段の電力発生原理を説明するための図である。
【００４３】
図４において、コイルＬａを有する外部共振回路１０１と、コイルＬを有する発振回路１０２とを、両コイルＬａ，Ｌを隣接させて設置する。この状態で、外部共振回路１０１を通じてコイルＬａに電流Ｉａを流すと、電流Ｉａによって発振回路１０２のコイルＬを貫く磁束Ｂが生じる。ここで、電流Ｉａを変化させるとコイルＬを貫く磁束Ｂが変化するので、コイルＬには誘導起電力Ｖが生じる。したがって、素子１１にエネルギー変換手段として発振回路１０２を作り込み、素子１１の外部の例えばインクジェット記録装置に、外部共振回路１０１を、素子側の発振回路１０２のコイルＬと素子外部の共振回路１０１のコイルＬａとが隣接するように配設する事により、外部からの電磁誘導による誘導起電力で、素子１１を動作させる電力を発生することができる。
【００４４】
素子１１にエネルギー変換手段として作り込んだ発振回路１０２のコイルＬを貫く磁束Ｂは、外部共振回路１０１のコイルＬａの巻き数Ｎａと電流Ｉａの積に比例するから、比例定数をｋとして、
【００４５】
【数１】
Ｂ＝ｋ＊Ｎａ＊Ｉａ （１）
コイルＬに生じる起電力Ｖは、
【００４６】
【数２】
ここで、磁束Ｂは、コイルの磁心の透磁率をμａ、磁界をＨとすると、
【００４７】
【数３】
となる。ここで、ｚは、外部共振回路のコイルと球状シリコンに作り込んだコイルとの距離を示している。
【００４８】
式（２）の相互インダクタンス：Ｍは、
【００４９】
【数４】
となる。ここで、μｏは、真空の透磁率である。
【００５０】
そして、球状シリコンに作り込んだ発信回路のインピーダンス：Ｚは、
【００５１】
【数５】
Ｚ（ω）＝Ｒ＋ｊ｛ωＬ−（１／ωＣ）｝ （５）
と表され、外部共振回路のインピーダンス：Ｚａは、
【００５２】
【数６】
Ｚａ（ω）＝Ｒａ＋ｊωＬａ−｛ω２Ｍ２／Ｚ（ω）｝ （６）
となる。ここで、Ｊは、磁化を表している。そして、この外部共振回路が共振（電流値：Ｉａが最大になるとき）した時のインピーダンス：Ｚｏは、
【００５３】
【数７】
Ｚｏ（ωｏ）＝Ｒａ＋ｊＬａωｏ−（ωｏ ２Ｍ２／Ｒ） （７）
となり、この共振回路の位相の遅れ：φは、
【００５４】
【数８】
ｔａｎφ＝｛ｊＬａωｏ−（ωｏ ２Ｍ２／Ｒ）｝／Ｒ （８）
となる。
【００５５】
そして、この外部共振回路の共振周波数：ｆｏは、
【００５６】
【数９】
ｆｏ＝１／２π（ＬＣ）１／２ （９）
で求められる。
【００５７】
上記のような関係から、素子１１に作り込んだ発振回路１０２のインピーダンスＺがインクタンク内のインクの変化に応じて変化すると、外部共振回路１０１の周波数が変化し、外部共振回路１０１のインピーダンスＺａの振幅および位相差に、上記のインクの変化が表れてくる。さらには、この位相差や振幅には、インク残量（即ち、Ｚの変化）も含まれている。
【００５８】
例えば、外部共振回路１０１の共振周波数ｆ０を変化させることで、素子１１に作り込んだ発振回路１０２からの出力（インピーダンスＺ）が、周囲の環境変化に応じて変化するので、この周波数依存性を検出することで、インクの有無やインク残量を検出することができる。
【００５９】
したがって、素子１１に作り込む発振回路１０２は、電力を発生させるエネルギー変換手段１４としてのみならず、その発振回路１０２と外部共振回路１０１との関係で、インクタンク内のインクの変化を検知する情報入手手段１５の一部を兼用している。
【００６０】
ここで、素子１１に設けられた発振回路で発生する出力の例を、共振周波数と振幅との関係として、図５に示す。図５に示すように、発振回路で発生する出力は、インクタンク５０内（正確にはインク室５２）のインクの状況に応じて、例えばａ〜ｃのように、振幅のピーク値を示す共振周波数およびそのピーク値での振幅にそれぞれ違いが生じる。具体的には、図６（ａ）に示すように、振幅のピーク値を示す共振周波数ｆａ、ｆｂ、ｆｃは、インクのｐＨと相関関係をもっている。この図６（ａ）に示す関係を予め測定しておくことで、インクのｐＨの変化を検知することができる。インクの濃度に関しても、違う周波数領域帯で同様の関係があり、その関係を予め測定しておくことで、インクの濃度変化を検知することができる。
【００６１】
また、図５に示した共振周波数領域での振幅値の変化Ａ，Ｂ，Ｃは、図６（ｂ）に示すように、素子１１と外部共振回路１０１との距離と相関関係をもっている。従って、インクが満タンのときと空のときとの振幅値を予め測定しておくことで、インクタンク５０内での素子１１の位置、すなわちインクの残量を検知することができる。
【００６２】
また、液体の密度は、状態方程式
ＰＶ＝ｎＲＴ （１０）
（ここで、Ｐ：圧力、Ｖ：体積、ｎ：グラム分子量、Ｒ：気体定数、Ｔ：絶対温度）
を用いて近似することも可能である。
【００６３】
式（１０）において、Ｔを一定とすると、密度ρは、
【００６４】
【数１０】
ρ＝Ｍ／Ｖ＝ＭＰ／ＲＴ （Ｍは分子量） （１１）
で表される。すなわち、液体の圧力および温度を検知することができれば、液体の密度の状態変化も測定可能である。
【００６５】
液体の圧力については、例えば、詳しくは後述するが、ポリシリコン膜でダイアフラムを構成し、圧力の変化によるダイアフラムの変位に伴う抵抗値変化を利用した圧力センサを、本実施形態の素子１１に作り込むことで検知することができる。
【００６６】
また、液体の温度については、例えば、特開平７−５２３８７号公報に記載されている、記録ヘッドの温度を検知するためのダイオードセンサを本実施形態の素子１１に作り込むことによって、検知することができる。
【００６７】
以上のように、素子１１に圧力センサおよび温度センサを作り込むことで、インクの密度を検知することができる。経時変化も同様に検知できると、液体の粘度／表面張力の変化も推定することができる。
【００６８】
液体の粘度に関しては、オリック・アーバーの式
【００６９】
【数１１】
ｌｎ（η／ρＭ）＝Ａ＋（Ｂ／Ｔ） （１２）
（ここで、η：粘度、Ａ：定数、Ｂ：定数）
から、密度の変化により液体の粘度の変化を推定することができる。
【００７０】
液体の表面張力と密度との間には、マクレオドによる、
【００７１】
【数１２】
γ＝｛Ｃ（ρ０−ρ）｝４．０ （１３）
（ここで、γ：表面張力、Ｃ：液体により決められた定数）
の関係式がある。この関係式から、密度の変化により、液体の表面張力の変化を推定することができる。
【００７２】
以上のことから、素子１１をインクタンク１０に適用することにより、インクのｐＨ、濃度、密度などといったインク情報を経時的に検知しインクタンク１０の外部へ伝達することが可能となるので、例えば、使用していたインクタンクが別のものに換えられたり、インクタンク１０内に別のインクが注入され、インクの量が異常に増加したりインクの成分が変化した場合であっても、これらを異常として正確に検知することができる。また、インクの粘度や表面張力の変化も推定することができるので、記録ヘッドの制御部へこれらの情報を伝達し、安定した吐出特性を保つ駆動条件を設定することもできる。
【００７３】
なお、図１では、図２に示した構成を有する素子１１を用いたが、判断手段１６および情報蓄積手段１７は、素子１１にでなくインクタンク１０の外部に設けてもよい。
【００７４】
ところで、前述したように、図１に示すインクタンク１０では素子１１はインク液面に浮かべられているが、そのようなインク液面に浮かぶ素子１１について、その製造方法とともに、以下に説明する。
【００７５】
図７は、図１に示す浮遊型の素子１１を、前述したボール・セミコンダクターのベースとなる球状シリコンを用いて製造する場合の製造方法の一例を説明するための一連の工程を示す図である。なお、図７では、各工程を球状シリコンの中心を通る断面で示している。また、ここでは、球状シリコンの重心を中心より下部になるように作成し、且つ、球面体内部の上部を空洞にして、更に、その空洞部を気密状態に保持する場合の製造方法を例に挙げる。
【００７６】
まず、図７（ａ）に示す球状シリコン２０１に対し、その全表面上に、図７（ｂ）に示すように熱酸化のＳｉＯ２膜２０２を形成する。その後、図７（ｃ）に示すようにＳｉＯ２膜２０２の一部に開口２０３を形成するため、フォトリソグラフィプロセスを用いて、パターニングをする。
【００７７】
そして、図７（ｄ）に示すように、開口２０３を通じてのＫＯＨ溶液を用いた異方性エッチングにより、球状シリコン２０１の上半部を除去し、空洞部２０４を形成する。その後、図７（ｅ）に示すように、ＬＰＣＶＤ法を用いて、空洞部２０４の内面も含む、球状シリコン２０１およびＳｉＯ２膜２０２の全露出面をＳｉＮ膜２０５で被覆する。
【００７８】
更に、図７（ｆ）に示すように、メタルＣＶＤ法を用いて、ＳｉＮ膜２０５の外表面上にＣｕ膜２０６を形成する。そして、図７（ｇ）に示すように、周知のフォトリソグラフィプロセスを用いてＣｕ膜２０６をパターニングし、発振回路１０２（図４参照）の一部である導電体コイルＬを巻き数Ｎで形成する。その後、導電体コイルＬを形成した立体形素子を真空装置から大気中に出し、上部の開口２０３を樹脂や栓などの封止部材２０７で塞ぎ、球面体内部の空洞部２０４を密閉状態にする。このように製造すれば、シリコンからなる素子自体に浮力を持たせることができる。
【００７９】
また、このような浮遊型の立体形半導体素子を製造する前に球状シリコンに形成しておくコイルＬ以外の駆動回路素子は、Ｎ−ＭＯＳ回路素子を用いている。図８に、Ｎ−ＭＯＳ回路素子を縦断するように切断した模式的断面図を示す。
【００８０】
図８によれば、Ｐ導電体のＳｉ基板４０１に、一般的なＭｏｓプロセスを用いたイオンプランテーション等の不純物導入および拡散により、Ｎ型ウェル領域４０２にＰ−Ｍｏｓ４５０が構成され、Ｐ型ウェル領域４０３にＮ−Ｍｏｓ４５１が構成されている。Ｐ−Ｍｏｓ４５０およびＮ−Ｍｏｓ４５１は、それぞれ厚さ数百Åのゲート絶縁膜４０８を介して、４０００Å以上５０００Å以下の厚さにＣＶＤ法で堆積したｐｏｌｙ−Ｓｉによるゲート配線４１５、およびＮ型あるいはＰ型の不純物導入をしたソース領域４０５、ドレイン領域４０６等で構成され、それらＰ−Ｍｏｓ４５０とＮ−Ｍｏｓ４５１によりＣ−Ｍｏｓロジックが構成されている。
【００８１】
素子駆動用のＮ−Ｍｏｓトランジスタ３０１は、やはり不純物導入および拡散等の工程により、Ｐ型ウェル基板４０２上のドレイン領域４１１、ソース領域４１２およびゲート配線４１３等で構成されている。
【００８２】
ここで、素子駆動ドライバとしてＮ−Ｍｏｓトランジスタ３０１を使うと、１つのトランジスタを構成するドレインゲート間の距離Ｌは、最小値で約１０μｍとなる。その１０μｍの内訳の１つは、ソースとドレインのコンタクト４１７の幅であり、それらの幅分は２×２μｍであるが、実際は、その半分が隣のトランジスタとの兼用となるため、その１／２の２μｍである。内訳の他は、コンタクト４１７とゲート４１３の距離分の２×２μｍの４μｍと、ゲート４１３の幅分の４μｍであり、合計１０μｍとなる。
【００８３】
各素子間には、５０００Å以上１００００Å以下の厚さのフィールド酸化により酸化膜分離領域４５３が形成され、素子分離されている。このフィールド酸化膜は、一層目の蓄熱層４１４として作用する。
【００８４】
各素子が形成された後、層間絶縁膜４１６が約７０００Åの厚さにＣＶＤ法によるＰＳＧ、ＢＰＳＧ膜等で堆積され、熱処理により平坦化処理等をされてから、コンタクトホールを介して、第１の配線層となるＡｌ電極４１７により配線が行なわれている。その後、プラズマＣＶＤ法によるＳｉＯ２膜等の層間絶縁膜４１８を１００００Å以上１５０００Å以下の厚さに堆積し、更にスルーホールを形成した。
【００８５】
このＮ−Ｍｏｓ回路を、浮遊型の素子を形成する前に形成しておく。そして、本発明のエネルギー変換手段としての発振回路などとの接続を上記スルーホールを介して行なう。尚、ここで形成したＮ−Ｍｏｓ回路は、球状シリコン上に形成したイオンセンサや、圧力センサ、および、後述する開閉バルブを制御したり、該センサ等で検出した情報をＣＰＵ等の演算回路へ伝達するものであり、Ｃ−ＭＯＳ回路やＤ−ＭＯＳ回路等を採用しても同様の効果が期待できる。
【００８６】
図１に示した例では、素子１１を起動させる電力を供給する外部エネルギーにコイルによる電磁誘導を利用したが、これ以外に、光の明暗を利用してもよい。光の明暗を電気信号に変換する場合は、光の照射により抵抗値が変化する材料（例えば、光導電体）を用いて、光導電効果により電力を発生させることができる。光導電体としては例えば、ＣｄＳ，ＩｎＳｂやＨｇ０．８Ｃｄ０．２Ｔｅなどの二元合金／三元合金や、ＧａＡｓ，Ｓｉ，Ｖａ−Ｓｉなどが用いられる。さらに、起電力として熱を使用する場合は、物質の放射エネルギーから量子効果により電力を発生させることができる。
【００８７】
（第２の実施の形態）
次に、本発明のインクタンクの第２の実施の形態を説明する。ここでは、図１に例示した２室構造のインクタンクに収容する、第１の実施の形態で説明した機能の立体形半導体素子とは異なる素子を例に挙げる。
【００８８】
図９は、本実施形態による立体形半導体素子の内部構成および外部とのやり取りを表したブロック構成図である。この図に示す立体形半導体素子（以下、単に「素子」という）２１は、図１に示した２室構造のインクタンク内に少なくとも１つ配置されており、外部Ａから素子２１に向かって非接触で供給された起電力２２を電力２３に変換するエネルギー変換手段２４と、エネルギー変換手段２４で変換された電力により起動する情報入手手段２５、判断手段２６、情報蓄積手段２７、情報伝達手段２８、および受信手段２９とを備えている。本実施形態は、第１の実施の形態とは受信機能を有する点、すなわち受信手段２９を有する点が第１の実施形態と異なり、その他は第１の実施形態と同様である。素子２１を動作させるために供給する起電力２２には、電磁誘導、熱、光、放射線などを適用することができる。また、少なくともエネルギー変換手段２４、情報入手手段２５および受信手段２９は素子２１の表面もしくは表面付近に形成されていることが望ましい。
【００８９】
情報入手手段２５は、素子２１の周囲環境情報であるインクタンク内のインク情報を入手する。受信手段２９は外部Ａまたは外部Ｂからの入力信号３０を受信する。判断手段２６は、受信手段２９からの入力信号に応じて、情報入手手段２５にインク情報を入手させ、この入手したインク情報と情報蓄積手段２７に記憶してある情報とを比較し、入手したインク情報が所定の条件を満たすかどうかを判断する。情報蓄積手段２７は、入手するインク情報と比較する諸条件や情報入手手段２５より入手したインク情報そのものをデータテーブルとして蓄積する。情報伝達手段２８は、判断手段２６の命令によって、電力を、インク情報を外部Ａ、外部Ｂまたは外部Ｃへ伝達するためのエネルギーに変換して、判断手段２６による判断結果を外部Ａ、外部Ｂまたは外部Ｃへ表示、伝達する。
【００９０】
図１０は、図９に示した素子の動作を説明するためのフローチャートである。図９及び図１０を参照すれば、外部Ａから素子２１に向かって起電力２２を与えると、エネルギー変換手段２４は起電力２２を電力２３へと変換し、その電力により情報入手手段２５、判断手段２６、情報蓄積手段２７、情報伝達手段２８および受信手段２９を起動する。
【００９１】
この状態で、外部Ａ又は外部Ｂから、素子２１にインクタンク内の情報を聞くための信号３０を送信する。この入力信号３０は、例えばインクタンク内にまだインクが残っているかどうかを素子２１に聞くための信号であり、受信手段２９で受信される（図１０のステップＳ２１）。すると、判断手段２６は、情報入手手段２５に、インクタンク内のインク情報、例えばインクの残量、インクの種類、温度、ｐＨなどの情報を入手させ（図１０のステップＳ２２）、かつ入手したインク情報と参照するための条件を情報蓄積手段２７より読み出し（図１０のステップＳ２３）、入手したインク情報が設定条件を満たすかどうかを判断する（図１０のステップＳ２４）。
【００９２】
ステップＳ２４において入手情報が設定条件を満たさないと判断した場合にはその満たしていない旨を、入手情報が設定条件を満たすと判断した場合にはその満たしている旨を外部Ａ又は外部Ｂ又は外部Ｃに伝達する（ステップＳ２５，Ｓ２６）。このとき、判断結果に併せて入手情報も伝達してもよい。この伝達は、エネルギー変換により得られた電力を、情報伝達手段２８でさらに、インクタンク内のインク情報を外部へ伝達するためのエネルギーへ変換することで行なう。この伝達するためのエネルギーとしては、磁界、光、形、色、電波、音などを使用することが可能であり、判断結果に応じて変化させ、また、判断すべき質問内容（例えば、インク残量が２ｍｌ以下であるかや、インクのｐＨが変化しているか等）に応じて、その伝達方法を変えてもよい。
【００９３】
なお、外部Ａ又は外部Ｂからの入力信号３０と共に起電力をも素子２１に与えても良く、例えばその起電力が電磁誘導の場合はインクの残量について聞くための信号、光の場合はｐＨを聞くための信号など、情報の種類によって使い道を分けて与えても良い。
【００９４】
本実施形態によれば、外部からの信号を受信する機能を有しているため、第１の実施の形態による効果に加え、外部からの様々な種類の信号による質問に対して返答することが可能となり、素子と外部とで情報のやり取りを行うことができる。
【００９５】
（第３の実施の形態）
次に、本発明のインクタンクの第３の実施の形態を説明する。ここでも、図１に例示した２室構造のインクタンクに収容する、第１の実施の形態で説明した機能の立体形半導体素子とは異なる素子を例に挙げる。
【００９６】
図１１は、本実施形態による立体形半導体素子の内部構成および外部とのやり取りを表したブロック構成図である。この図で示す形態の立体形半導体素子（以下、単に「素子」という）３１は、インクタンク内に配置されており、外部Ａから素子３１に向かって非接触で供給された起電力３２を電力３３に変換するエネルギー変換手段３４と、エネルギー変換手段３４で変換された電力を用いて浮力を発生させる浮力発生手段３５とを備えている。
【００９７】
本実施形態では、外部Ａから素子３１に向かって起電力３２を与えると、エネルギー変換手段３４は起電力３２を電力３３へと変換し、その電力３３を用いて浮力発生手段３５は素子３１の浮力を発生し、素子３１をインク液面で浮遊させる。この浮力は必ずしもインク液面だけでなく、インクが空の状態で吐出を行うのを防止するために、素子３１の位置が必ずインク液面から一定距離下方に存在するようにしてもよい。
【００９８】
図１２に、図１と同等のインクタンクのインク中に浮遊させた素子の位置を、インクの消費変化とともに示す。
【００９９】
図１２に示すように２室構造のインクタンクでは、インク供給口３６より負圧発生部材３７のインクが外部へ導出され所定の位置まで下がると、そこからは負圧発生部材３７内のインク液面は下がらず、消費された分のインクが生インクの収容室から負圧発生部材３７に導入される。これにより、インク室内のインク３８中の素子３１は、インク液面Ｈから一定距離下方に存在した状態で、インクの消費によるインク液面Ｈの位置の低下と共に移動する。
【０１００】
図１３は、素子３１の位置を確認し、タンク交換の必要性を判断するためのフローチャートである。図１１及び図１３のステップＳ３１〜Ｓ３４を参照すると、外部Ａ又は外部Ｂ（例えばインクジェット記録装置）により素子３１に向けて光を発信し、その光を外部Ａ又は外部Ｂ（例えばインクジェット記録装置）又は外部Ｃで受信することにより素子３１の位置が検知され、この検出された素子３１の位置により、インクタンクを交換する必要があるか等をインクジェット記録装置が判断し、必要がある場合はタンク交換を音や光等で報知する。
【０１０１】
素子３１の位置の検出方法としては、エネルギー変換手段３４として図４に示した発振回路１０２を用い、インクタンクの外部に外部共振回路１０１と設置すれば、発振回路１０２からの出力に基づいて第１の実施形態と同様に検知する方法が挙げられる。また、その他に、インク液面の変位に伴って素子３１が通過する位置に発光手段と受光手段とを対向配置し、発光手段から発せられた光を素子３１が遮蔽することにより素子３１の位置を検出する方法、または、発光手段から発した光を素子３１で反射させ、その反射光により素子３１の位置を検出する方法などが挙げられる。
【０１０２】
本実施形態によれば、第１の実施形態において図７を参照して説明したように内部に空洞部を設けなくても素子３１を浮遊させることができ、しかも、液体の比重（もしくは、密度）が異なるなど、素子３１が用いられる環境により素子３１に必要な浮力などが変化する場合においても、外部からの起電力３２をエネルギー変換手段３４により変換して所望の位置に常に素子が存在するように設定することができるので、素子３１が置かれる環境に拘わらず素子３１を使用することが可能である。
【０１０３】
なお、本実施形態は上述した第１及び第２の実施の形態に適宜組み合わせることも可能である。
【０１０４】
（第４の実施の形態）
本実施形態は、第１又は第２の実施形態と同様の構成を有する素子に、他の素子に情報を伝達する機能を付与し、これらを図１に示した２室構造のインクタンク内に複数配置した構成としたものである。
【０１０５】
まず、本実施形態の概念について図１４を参照して説明する。図１４は、本発明のインクタンクの第４の実施の形態の概念を説明するための図である。
【０１０６】
図１４（Ａ）に示す例では、第１の実施の形態と同様の構成を有する複数の素子４１，４２，…，４３が対象物中に配されており、各素子４１，４２，…，４３に外部Ａ又は外部Ｂより起電力が供給されると、各素子４１，４２，…，４３はそれぞれ周囲環境情報を入手する。そして、素子４１の入手情報ａは素子４２へ、素子４１及び素子４２の入手情報ａ，ｂは次の素子へと順次伝達され、最後の素子４３はすべての入手情報を外部Ａ又は外部Ｂに伝達する。
【０１０７】
また、図１４（Ｂ）に示す例では、第２の実施の形態と同様の構成を有する複数の素子５１，５２，…，５３が対象物中に配され、各素子５１，５２，…，５３に外部Ａ、外部Ｂ又は外部Ｃより起電力が供給されている。例えば、素子５３に外部Ａ又は外部Ｂから信号による所定の質問が入力されると、素子５１又は５２はそれぞれ質問に応じた情報を入手して回答を行ない、素子５１又は５２の質問回答は他の素子へと順次伝達され、所望の素子５３より外部Ａ又は外部Ｂ又は外部Ｃに返答される。
【０１０８】
また、図１４（Ｃ）に示す例では、第２の実施の形態と同様の構成を有する複数の素子６１，６２，…，６３が対象物中に配され、各素子６１，６２，…，６３に外部Ａ、外部Ｂ又は外部Ｃより起電力が供給されている。外部Ａ又は外部Ｂより例えば素子６３に対してある信号が入力されると、その信号は素子６２および素子６１へと順次伝達され、素子６１により外部Ａ又は外部Ｂ又は外部Ｃへ表示を行なう。
【０１０９】
なお、図１４の（Ａ）〜（Ｃ）の例では、複数の素子のうち一つを、第３の実施の形態と同様に浮力発生手段を備えたものとしてもよい。
【０１１０】
以上、本実施形態の概念について説明したが、以下に、上述の概念に基づいた本実施形態でのインクに関する情報の入手について、図１５及び図１６を参照して説明する。
【０１１１】
図１５は、インクタンク内及びこれに接続したインクジェット記録ヘッド内にそれぞれ、第１、第２又は第３の実施の形態の構成を適宜組み合わせた素子を配置した例を示している。この例では、第１の実施の形態に対して第３の実施の形態の浮力発生手段および他の素子７９への情報伝達機能を付加した素子７１が、図１と同様の２室構造のインクタンク７２のインク７３中の所望の位置に配置される。一方、インクタンク７２のインク供給口７４と連結した液路７５及び液室７６を通じて供給されたインクを印字のために吐出口７７から吐出する記録ヘッド７８には、ＩＤ機能（認証機能）を備えた、第２の実施の形態と同様の構成を有する素子７９が配置される。この素子７９への電力供給は、素子表面に配した電極部と記録ヘッド７８を駆動するための電気基板上のコンタクト部との接触によって行なってもよい。
【０１１２】
そして、各素子７１，７９に外部から起電力を供給すると、インク７３中の素子７１は、インク情報として例えばインクの残量情報を入手し、記録ヘッド７８側の素子７９は例えばタンク交換のためのインク残量を判断するＩＤ情報を素子７１に伝達する。すると、素子７１は入手したインク残量とＩＤとを比較し、これらが一致したときのみ、素子７９に、外部へタンク交換を知らせるよう伝達指示する。素子７９はこれを受信して外部にタンク交換を知らせる信号を伝達したり、人の目や聴覚に訴える音や光等を出力する。
【０１１３】
また、図１４及び図１５に示した例では、各々の素子に起電力を供給する構成としたが、これに限らず、ある素子に供給した起電力を情報とともに他の素子に順次伝達する構成であってもよい。
【０１１４】
例えば図１６に示すように、第１の実施の形態の構成に、第３の実施の形態と同様の浮力発生手段と、他の素子への情報伝達機能および起電力供給機能とを付加した素子８１、及び、第２の実施の形態の構成に、第３の実施の形態と同様の浮力発生手段と、他の素子への情報伝達機能および起電力供給機能とを付加した素子８２がそれぞれ、図１５と同様のインクタンク７２のインク７３中の所望の位置に配置される。一方、インクタンク７２と連結した記録ヘッド７８には、ＩＤ機能（認証機能）を備えた、第２の実施の形態と同様の構成を有する素子８３が配置される。この素子８３への電力供給は素子表面に配した電極部と記録ヘッド７８を駆動するための電気基板上のコンタクト部との接触によって行なってもよい。
【０１１５】
そして、素子８１に外部から起電力を供給すると、インク７３中の一方の素子８１は、インク情報として例えばインクの残量情報を入手して、この情報を内部の規定条件と比較し、他方の素子８２へ伝達の必要がある場合は、入手したインク残量情報を他方の素子８２に、その素子８２を動作させる起電力とともに伝達する。起電力が供給された他方の素子８２は、素子８１から伝達されたインク残量情報を受信するとともに、インクに関する情報として例えばインクのｐＨ情報を入手し、記録ヘッド７８側の素子８３に、素子８３を動作させる起電力を伝達する。すると、起電力が供給された記録ヘッド７８側の素子８３は例えばタンク交換のためのインク残量又はインクのｐＨを判断するＩＤ情報を素子８２に伝達する。そして素子８２は、入手したインク残量情報およびｐＨ情報とＩＤを比較し、一致したときのみ、素子８３に外部へタンク交換を知らせるよう伝達指示する。素子８３はこれを受信して外部にタンク交換を知らせる信号を伝達したり、人の目や聴覚に訴える音や光等を出力する。このように、ある素子から他の素子へと情報とともに起電力を供給する方法も考えられる。
【０１１６】
なお、記録ヘッド７８は、液路内でヒーター等の電気熱変換素子の熱によりインクを発泡させ、その気泡成長エネルギーにより、液路と連通する微小開口よりインク滴を吐出するものが考えられる。
【０１１７】
（第５の実施の形態）
次に、本発明のインクタンクの第５の実施の形態を説明する。ここでは、図１に示した２室構造のインクタンクのインク供給口から外部へのインク供給において信頼性をより高く保てる構成例を挙げる。
【０１１８】
図１に示した２室構造のインクタンクでは、既に述べたとおり、インク供給口３からのインク導出中、先ずは負圧発生室１の負圧発生部材中からインクがインク供給口３に対して等方的に消費される。そのインク液面が連通路１０ｂに達すると、負圧発生室１内に入り込んでいた大気が連通路１０ｂを通ってインク室２に入り、それと見合った量のインクがインク室２から負圧発生室１へ導入され、負圧発生部材中のインクが消費される代わりにインク室２内のインクが消費される。この状態（以下、「気液交換時」とも称す）では負圧発生部材中のインク液面はほとんど変化しないため、インクジェットヘッドに対する負圧量が一定となり、インクジェットヘッドを常に安定した吐出量で動作させることができる。しかし、気液交換時のインク室２から負圧発生室１へのインク供給量よりも、インク供給口３からのインク消費量の方が大きい場合、インク室２と負圧発生室１のインク供給口３との間のインクパスが途切れたり、負圧発生室５へ十分なインク量を補給できなくなったりすることがある。この問題の対して、インク供給口３の周辺の負圧発生部材の材質をインク供給口３の周辺以外よりインク吸収力の高いもの（例えばＰＰ圧接体）に変えて対応している。しかし、この対策では上記の問題の発生を予期して瞬時（デジタル的）に対応することはできない。そこで、上記の問題発生を予期したら瞬時に対応できる機能が望まれた。このような今までにない機能を持った、図１と同等の２室構造のインクタンクをここでは提案する。
【０１１９】
図１７は本発明のインクタンクの第５の実施の形態を示す概略断面図である。この図に示す２室構造のインクタンク（図１と同様）において、圧力変動を検知する圧力センサ（圧力検知手段）を有する立体形半導体素子４（第１の監視手段）が負圧発生室１に配置され、連通路５０ｂには開閉バルブを有する立体形半導体素子５（流量調節装置）が配置されていて、立体形半導体素子４からの圧力信号を受信し、前記開閉バルブによって連通路５０ｂの流量を調節する。但し、立体形半導体素子４の位置はインク切れを未然に防止する目的から、インク切れが起きる限界線（図Ｓ１中の点線で示す気液界面。）より直ぐ上に配置される必要がある。
【０１２０】
また、立体形半導体素子４には第１又は第２の実施の形態（図２又は図９の構成）が適用でき、この場合、素子４における情報入手手段は圧力センサである。一方、立体形半導体素子５には、第２の実施の形態（図９の構成）において情報伝達手段を開閉バルブに代え、かつ情報入手手段を備えていないものが適用できる。このように、連通路５０ｂに配置する開閉バルブ装置として、第２の実施の形態による立体形半導体素子を利用したが、本発明は電源を持たず非接触で連通路の流量調節を行えるバルブ装置であれば、立体形半導体素子でなくともよい。
【０１２１】
また必要に応じて、インク室２内のインク液面には、インク残量を検知し、ある一定量レベル以下になると立体形半導体素子５の開閉バルブを全開にしておくように制御する手段を有する立体形半導体素子６（第２の監視手段）が浮かべられている。この立体形半導体素子６によるインク残量検知および浮力発生の方法については第１の実施の形態と同じ方法を採ることができる。
【０１２２】
さらに、立体形半導体素子４，５，６の起動は図４を用いて説明した誘導起電力で行うことが考えられる。
【０１２３】
次に、この形態のインクタンクによるインク供給動作を説明する。
【０１２４】
図１７を参照すると、前述したような気液交換時に負圧発生室１の液面が、これ以上下がるとインクパス切れが起きるおそれのある限界線（図中の点線）に達した場合、立体形半導体素子４が前記液面より上方となって大気にさらされる。このように素子４周囲の負圧発生部材に液体が存在する状態から液体の無い状態になる時には圧力変動が生じるため、素子４の圧力センサーがこの圧力変動を検知することで、インク室２からインク供給口３へのインクパスが切れる状態を未然に察知することが出来る。そして、立体形半導体素子４は圧力センサーで得た圧力変動情報を、連通路５０ｂの立体形半導体素子５に伝達する。
【０１２５】
立体形半導体素子５は立体形半導体素子４からの圧力変動情報を受信し、この圧力変動情報に応じて開閉バルブを制御する。つまり、負圧発生室１の液面が下がってインクパス切れが起きるおそれのある限界線に達したら、連通路５０ｂの素子５の開閉バルブをより開くことでインク室２から負圧発生室１へのインク供給量を上げる。また、インクパス切れが起こらない状態に液面が復帰したことが圧力センサーで得た素子４周辺の圧力値によって判断できたら、連通路５０ｂの立体形半導体素子５の開閉バルブを絞り、通常の流量にする。
【０１２６】
以上のようにして、図１と同等の２室構造のインクタンクにおいて、インク室２から負圧発生室１のインク供給口３へのインクパス切れ等の起こりうる状態を察知し、この状態にならないよう瞬時に対応する機能を持たせることができる。
【０１２７】
なお、インク室２に立体形半導体素子６を備えている場合は、立体形半導体素子６で得たインク室２内のインク残量情報を立体形半導体素子５が受信し、インク残量がある一定量レベル以下である判断すると開閉バルブを全開に制御する。これにより、インク室２内のインク残量が減っても負圧発生室１への十分な供給量が確保でき、インク供給の信頼性のより一層高い２室構造タンクを提供する事が出来る。
【０１２８】
立体形半導体素子６によるインク室２内のインク残量検知は第１の実施の形態で説明したように、共振周波数領域での振幅値が素子と外部共振回路との距離によって変化することを利用して行う方法に限らず、次のような方法であってもよい。すなわち、立体形半導体素子６にインク室２内の圧力を検知する圧力センサーを設け、インク室２内の液体が消費される前のインク室２内の初期圧Ｐ０と、インク室２内の液体が消費されているある時点の圧力Ｐとを検知することで圧力損失ｈ（図１７参照）を求め、この圧力損失ｈの情報を立体形半導体素子５に伝達してもよい。圧力損失ｈは ｈ＝（Ｐ０−Ｐ）／ρｇ （ここで、ρｇは立体形半導体素子の比重量である。）によって求められる。この圧力損失の上限値は、各々の記録ヘッドの仕様（例えば、ノズル数、吐出量、駆動周波数、インクタンクから記録ヘッドのインク供給口のサイズ等）によって設定されており、前記記録ヘッドの使用中に、この上限値を超えた場合には、Ｅｍｅｒｇｅｎｃｙ信号が本発明の立体形半導体素子から記録ヘッド及び、記録装置へ伝送されて、記録装置から記録ヘッドへの画像データや記録ヘッドを制御している駆動信号を転送停止にすることで、記録ヘッドへのインクの供給不足による画像劣化を防止することができる。
【０１２９】
（その他の実施の形態）
以下に、上述した各実施形態に適用可能なその他の実施形態について説明する。
【０１３０】
〈浮遊型の立体形半導体素子の液面での安定化〉
立体形半導体素子が、図７に示すような空洞部を有する構成であり、また、立体形半導体素子への電力の供給が、図４に示した発振回路と外部共振回路とによりなされる場合、インクタンクがどのような状態においても、素子に作り込まれた発振回路と外部の外部共振回路との間で安定した磁束（磁界）が働いている必要がある。つまり、外部共振回路に対する素子の向きが安定している必要がある。しかし、素子がインクなど液体中に浮遊している場合、外部振動により液面が振動し、素子の向きが変動することがある。そのような場合でも、素子が液体中で安定した姿勢を保持するために、浮遊型の立体形半導体素子の重心を以下のように決定する。
【０１３１】
図１８で示しているように、球体として形成した立体形半導体素子２１０を液体中に浮遊させた場合、図１８（ａ）のように、釣り合いの状態にあるためには、
（１）浮力Ｆ＝物体の重量Ｗ、かつ、
（２）浮力の作用線と重量の作用線（重心Ｇを通る線）とが一致、
という関係が成り立っていることが必要である。
【０１３２】
そして、図１８（ｂ）のように、外力により液体が振動して、立体形半導体素子２１０が、釣り合いの状態から少し傾いた時、浮力の中心Ｃが移動し、浮力と重量とで偶力となる。
【０１３３】
ここで、釣り合いの状態にあるときの重量の作用線（図１８（ｂ）中の一点鎖線）と、傾いたときの浮力の作用線（図１８（ｂ）中の実線）との交点をメタセンタといい、メタセンタと重心Ｇとの距離ｈをメタセンタの高さという。
【０１３４】
立体形半導体素子２１０のメタセンタは重心Ｇよりも高い位置にあり、これにより、偶力（復元力）は元の釣り合いの位置に戻そうとする向きに作用する。この復元力Ｔは、
【０１３５】
【数１３】
で表される。ここで、Ｖは、立体形半導体素子２１０が排除した液体の体積、ρｇは、立体形半導体素子２１０の比重量である。
【０１３６】
そこで、この復元力Ｔを正にするためには、ｈ＞０となることが必要十分条件である。
【０１３７】
そして、図１８（ｂ）から、
【０１３８】
【数１４】
となる。ここで、ＩはＯ軸回りの慣性モーメントである。よって、
【０１３９】
【数１５】
となることが、立体形半導体素子２１０が、インク中で安定して浮遊し、外部共振回路からの誘電起電力の供給や、素子外部の通信手段との双方向通信を行うための必要条件となる。
【０１４０】
〈情報入手手段〉
インクに関する情報およびその情報を入手する情報入手手段としては、上述した各実施形態で述べたものの他に、（１）ＳｉＯ２膜やＳｉＮ膜をイオン感応膜として作り、インクのｐＨを検知するセンサ（イオンセンサ）、（２）ダイヤフラム構造を有し、タンク内の圧力変化を検知する圧力センサ、（３）光を熱エネルギーに変換し、焦電効果を有するフォトダイオードを作り込み、現在の位置を検出し、インク残量を検知するセンサ、（４）材料の導電効果を用いて、タンク内の水分量によりインク有無を検知するセンサ等が挙げられる。
【０１４１】
〈イオンセンサ〉
上記の情報入手手段をイオンセンサとした場合について詳細に説明する。
【０１４２】
図１９は、本発明の立体形半導体素子に設けられたイオンセンサの断面図である。
【０１４３】
図１９に示すように、立体形半導体素子のベースとなる球状シリコン３０１の表面には、ＳｉＮまたはＳｉＯ２からなるイオン感応膜３０２が、その一部を間隙部３０７を介して球状シリコン３０１と間隔をあけて形成されている。イオン感応膜３０２の表面にはゲート絶縁膜３０３が形成されている。さらに、ゲート絶縁膜３０３の表面には、Ｎ型不純物を導入したソース領域３０４ａおよびドレイン領域３０４ｂからなるＮ型ウェル層が形成され、さらにその上に、Ｐ型ウェル層３０５が形成されている。また、間隙部３０７が形成された領域の、球状シリコン３０１の表面の一部には参照電極３０６が形成され、以上により、イオン選択性ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）であるイオンセンサ３００が構成される。
【０１４４】
間隙部３０７は、参照電極３０６が形成された球状シリコン３０１の表面に、インク感応膜３０２等を形成する前に、参照電極３０６を覆って犠牲層を形成しておき、Ｐ型ウェル領域３０５が形成された後、この犠牲層をエッチング等により除去することで形成することができる。また、間隙部３０７は、不図示の連通部を介してイオンセンサ３００の外部と連通しており、この立体形半導体素子がインク中に設置された状態では、インクは連通部を介して間隙部３０７内を自由に行き来できる。
【０１４５】
インク感応膜３０２がインクと接することにより、インク感応膜３０２とインクとの間でインク中のイオン種とその濃度に応じた界面電位が発生する。イオンセンサ３００のソース−ドレイン間に所定のバイアス電圧を印加しておくことにより、界面電位に応じたドレイン電流が流れる。測定時には、参照電極３０６とソースとの間に適当なバイアスを印加しておき、界面電位とこのバイアスとの和に応じたドレイン電流を観測する。あるいは、イオンセンサ３００をソースフォロア回路として構成し、抵抗を介して電位として出力を得るようにしてもよい。
【０１４６】
ところで、インクジェット記録装置で使用されるインクは、一般的に、溶媒としての水に、染料や顔料を溶解または分散させたものである。具体的には、カルボキシル基や水酸基を有する染料イオンや、これらの基を有する分散剤によって親水化された顔料や、これらの基を付着させた顔料粒子を水に溶解または分散させたものである。このような染料あるいは顔料は、水溶液系であるインク中で、図２０（ａ）、（ｂ）に示すように、水素結合などの比較的弱い結合により、会合状態を形成する。このような会合状態が数十／数百の分子間で起こると、仮想的に高分子の色材分子となり、インクの動的粘度を低下させ、その結果、記録ヘッドからの吐出特性の劣化をもたらすことになる。
【０１４７】
上述した会合状態が形成されると、見かけ上、イオンとしてのカルボキシル基や水酸基の活量が低下することになるとともに、イオン自体の実効的な分子量が大きくなるため、イオンセンサ３００での検出電位に変化を生じさせることになる。本例の立体形半導体素子は、例えば記録ヘッドのインクと接触する領域に設置し、インク中での染料イオン等の会合状態をイオンセンサ３００によって検知し、必要に応じて記録ヘッドの回復動作等を行って、記録ヘッド内のインクを常に一定の解離状態にする。
【０１４８】
図２１（ａ）は、イオンセンサでの検知結果を出力するための回路の一例を示す図であり、図２１（ｂ）は、図２１（ａ）の回路をロジック回路として表したものである。ここでは、イオン濃度に応じて発振周波数が変化する発振回路を説明する。
【０１４９】
図２１に示す例では、ＭＯＳトランジスタ３２０，３２１を直列に接続してインバータ回路３２２，３２３が構成され、このようなインバータ回路３２２，３２３を２段、リング状に接続して発振回路を構成し、さらにインバータ回路３２３の出力をバッファとしての１段のインバータ回路３２２を介して取り出すことにより、発振出力としている。イオンセンサ３００は、インバータ回路３２２の出力（すなわちインバータ回路３２３の入力）と接地点との間に挿入されている。この回路によれば、イオンセンサ３００での検出電位に応じて発振周波数が変化する。従って、この発振周波数を検出することにより、インクのイオン濃度を検出することができる。
【０１５０】
本発明の立体形半導体素子をインクタンクのインク中、特に液面付近に配しておくと、上述したように、インク中の色材分子等が会合していくと、仮想的に高分子状態になり、底面付近に沈降し、インクタンク中のインクに濃度分布やｐＨ分布が発生するのを検知することができる。その結果を外部に伝達することで、これらの分布をなくす動作を機能させることが可能となる。
【０１５１】
イオンセンサ３００での検出電圧値は、ネルンスト（Ｎｅｒｎｓｔ）の式によって支配されるため、温度の関数でもある。そこで、温度の影響をなくすため、例えば温度センサも別に設け、温度の測定値に応じてイオン濃度の測定値を補正できるようにしてもよい。このように温度センサを設けた場合には、イオンセンサと温度センサとを同一の素子に形成してもよいし、それぞれ別の素子に形成し、第４の実施形態のように、温度センサを形成した素子が入手した情報を、イオンセンサを形成した素子に伝達する構成としてもよい。
【０１５２】
また、流体力学の面から導かれたストークス（Ｓｔｏｋｅｓ）の法則によれば、イオンのモル濃度λは、
【０１５３】
【数１６】
（ここで、Ｚ：イオンの電荷数、Ｆ：ファラデー定数、Ｎ：単位面積当たりの分子数、η：粘性率、ｒ：イオン半径）
で与えられ、また、イオンの拡散係数Ｄは、
【０１５４】
【数１７】
（ここで、Ｒ：気体定数、Ｔ：絶対温度）
で与えられる。この流体力学のストークスの法則がインク中のイオンの運動に当てはめることができるとする。その際、インクカートリッジやインクタンクに注入する前に、インクのモル伝導度λや拡散係数Ｄを測定しておいて、素子に設けられている情報蓄積手段または素子の外部に予め設けられているメモリに認識させておく。
【０１５５】
インク中の色材成分（染料もしくは顔料）にのみ着目してみると、イオン半径ｒ、粘性率η、電荷数Ｚが、可変するパラメータになる。
【０１５６】
さらに、着目したイオンの双極子モーメントμは、
【０１５７】
【数１８】
で表され、インクの被誘電率εは、
【０１５８】
【数１９】
（ここで、ｇ：隣接分子の相対的な配向で決まる量、ｋ：ボルツマン定数）
で表される。
【０１５９】
上述のイオンセンサを用いて、検出電位の変化が、（イオンの電荷数Ｚ／イオン半径ｒ）に比例すると考えると、式（１０）から、粘性率ηの変化を相対的に見積もることができる、この粘性率ηの変化に応じて吐出特性を一定にするためのパルス制御が、極めて有効な手段になると考えられる。又、インクタンク内での上記変化が、インク中に発生した場合には、本発明の立体形半導体素子に不図示の発熱素子を配して、インクタンク中のインクを温めることで、インク中の染料や親水化された顔料成分のイオン成分の拡散係数を増すことで、上記成分の会合状態を遮断して、イオン化を促進して、インクの粘性の増加を抑制することができる。
【０１６０】
〈圧力センサ〉
前記情報入手手段として利用される圧力センサの一例について詳しく説明する。
【０１６１】
図２２は、本発明のインクタンクに収容する立体形半導体素子に設けられる圧力センサの構造の一例を説明する断面図である。
【０１６２】
図２２に示す圧力センサは、ポリシリコン膜におけるピエゾ抵抗効果を利用した半導体歪ゲージであり、球状シリコンから作られる立体形半導体素子の表面の常にインクと接する部位に形成されている。ポリシリコン抵抗層２２１は、球状シリコン２００の表面に、空洞部２２５を介して部分的に浮き上がったダイアフラムとして形成されている。ポリシリコン抵抗層２２１の浮き上がった領域での両端部には、例えばＣｕまたはＷからなる配線２２２が設けられている。そして、ポリシリコン抵抗層２２１および配線２２２は、ＳｉＮからなる保護膜２２３で覆われ、これにより圧力センサが構成されている。
【０１６３】
次に、図２２に示す圧力センサによる圧力検知原理について、図２２、および図２２に示すポリシリコン抵抗層からの出力をモニタする回路の回路図である図２３を参照して説明する。
【０１６４】
図２３において、ポリシリコン抵抗層２２１の通常時の抵抗値をｒとすると、電流計２３０には、
ｉ＝ＶＤＤ／｛Ｒ０＋Ｒ×ｒ（Ｒ＋ｒ）｝ （２１）
の電流が流れる。また、ポリシリコンは、その変位にほぼ比例して抵抗値が増加する特性を有する。従って、通路２１２の圧力の変化によってポリシリコン抵抗層２２１が変位すると、ポリシリコン抵抗層２２１の抵抗値ｒが変化し、その結果、電流計２３０で測定される電流ｉも変化する。すなわち、電流ｉの変化からポリシリコン抵抗層２２１の変位量がわかり、それによってインクの圧力が検知可能となる。
【０１６５】
更に詳細に説明すると、ポリシリコン抵抗層２２１の長さをＬ、断面積をＳとすると、抵抗率ρを用い、全抵抗値Ｒは、
Ｒ＝ρＬ／Ｓ （２２）
で表される。ここで、ポリシリコン抵抗層２２１が、圧力変化に伴って変化すると、その長さはＬ＋ΔＬと長くなり、抵抗値が増加する。一方、断面積はＳ−ΔＳと小さくなり、また、ρもρ’と変化する。抵抗値の増加分ΔＲと長さの増加部ΔＬとの関係は、
【０１６６】
【数２０】
で表され、更に、
【０１６７】
【数２１】
となる。ここで、ｋｇは、歪みに対する抵抗値の変化係数を表している。
【０１６８】
そして、ブリッジ回路等を用いて、抵抗値の変化分ΔＲを検出することで圧力変動を求めることができる。
【０１６９】
ポリシリコンは温度によって歪み抵抗が変化する特性を持つ。そのため、ポリシリコン抵抗層２２１を有する圧力検知センサでは、ポリシリコン抵抗層２２１の温度をモニタする温度センサを更に備えることが望ましい。つまり、ポリシリコン抵抗層２２１に、温度センサを介して電圧ＶＤＤを供給することにより、環境温度の変化によるポリシリコン抵抗層２２１の抵抗変化を補償して、インクの圧力をより正確に検知することができる。
【０１７０】
〈開閉バルブ〉
前述した第５の実施の形態における開閉バルブの具体的な構造の一例について、その製造工程とともに説明する。
【０１７１】
図２４は、第５の実施の形態の開閉バルブが形成された立体形半導体素子の構造の一例を、前述したボール・セミコンダクタに用いられる球状シリコンに形成する場合について説明する図であり、図２５は、図２４に示す圧力調整手段の製造工程を説明する図である。なお、図２４および図２５では、球状シリコンの中心を通る断面で示している。
【０１７２】
図２４に示すように、球状シリコン２００の互いに相対する２つの箇所にそれぞれベース電極２０１が形成されている。また、球状シリコン２００を取り囲んで、ＳｉＮ膜２０６が形成されている。ＳｉＮ膜２０６は、各ベース電極２０１と対向する領域が、球状シリコン２００の表面と間隔をあけて片持ち支持された可動部２１０，２１１となっている。各可動部２１０，２１１には、それぞれベース電極２０１と対向するバルブ電極２０５が設けられている。また、ＳｉＮ膜２１０６は、部分的に、一方のベース電極２０１から他方のベース電極２０１にわたる領域が球状シリコン２００と間隔をあけて形成されており、この部分が、一方の可動部２１０側と他方の可動部２１１側との間での気体の流通を可能とする通路２１２となっている。
【０１７３】
次に、図２４に示した開閉バルブの製造方法について図２５を参照して説明する。
【０１７４】
まず、図２５（ａ）に示す球状シリコン２０１に対し、その全表面上に、図２５（ｂ）に示すようにＰＳＧ（ｐｈｏｓｐｈｏ ｓｉｌｉｃａｔｅ ｇｌａｓｓ）膜２０２を形成する。なお、 ＰＳＧ膜２０２を形成する前に、球状シリコン２０１には、その中心に対して対称となる２カ所に、それぞれベース電極２０１が予め形成されている。その後、図２５（ｃ）に示すようにＰＳＧ膜２０２に少なくともベース電極２０１を露出させる開口２０３、および後述する通路を形成するため、フォトリソグラフィプロセスを用いて、通路となる部分を残してＰＳＧ膜２０２をパターニングする。
【０１７５】
そして、図２５（ｄ）に示すように、ベース電極２０１およびＰＳＧ膜２０２を覆って、メタルＣＶＤ法によってＣｕ膜２０４を形成し、そのＣｕ膜２０４を、ベース電極２０１上およびその周囲の部分を残して除去する。その後、図２５（ｅ）に示すように、Ｃｕ膜２０４上の、後述する可動部となる部分にバルブ電極２０５を形成し、さらに、球状シリコン２００の全周に、これらＰＳＧ膜２０２、Ｃｕ膜２０４およびバルブ電極２０５を覆って、ＰＥＣＶＤ法を用いてＳｉＮ膜２０６を形成する。
【０１７６】
更に、図２５（ｆ）に示すように、ＳｉＮ膜２０６を、可動部の形状にパターニングする。この段階での素子の概略の平面図を図２６に示す。ＳｉＮ膜２０６のパターニングにより、図２６に示すように、ＳｉＮ膜２０６のＣｕ膜２０４上の部分に、放射状のスリット２０６ａが形成される。そして、Ｃｕ膜２０４およびＰＳＧ膜２０２を適宜溶剤で溶解して除去する。これにより、図２５（ｇ）に示すように、上部および下部の２カ所にそれぞれ球状シリコン２００と間隔をあけて支持されて弁として作用する可動部２１０，２１１を複数備え、上部の可動部２１０と球状シリコン２００との間の空間と、下部の可動部２１１と球状シリコン２００との間の空間とが、複数の通路２１２によって互いに繋がった構造を有する立体形半導体素子が得られる。
【０１７７】
この立体形半導体素子を図１７に示したインクタンクの連通路５０ｂに配置する際は、一方の可動部２１０を図１７に示したインクタンクのインク室２側に位置させ、他方の可動部２１１を図１７インクタンクの負圧発生室１側に位置させる。
【０１７８】
次に、上述した開閉バルブを有する立体形半導体素子が取り付けられたインクタンクでのインク供給量調整方法について、図２４、図２７および図２８を参照して説明する。
【０１７９】
図２７は、図２４に示す開閉バルブに関連する電気的構成の等価回路図である。この図から明らかなように、互いに対向するバルブ電極とベース電極との間でコンデンサＣが構成されている。
【０１８０】
また、図１１は、図７に示す圧力調整手段の、バルブ電極およびベース電極への印加信号の一例のタイミングチャートである。
【０１８１】
まず最初に、ベース電極２０１およびバルブ電極２０５をＧＮＤレベルに設定しておく。そして、ベース電極２０１にハイレベル信号を印加し、さらにバルブ電極２０５にハイレベル信号を印加する。これにより、バルブ電極２０５とベース電極２０１との間に静電引力が働き、バルブ電極２０５がベース電極２０１に引き寄せられるので、結果的に、通路２１２の両端の可動部２１０，２１１が球状シリコン２００側に変位して球状シリコン２００と接触し、通路２１２の両端が、スリット２０６ａによる隙間を残して閉鎖される。各通路２１２の両端の可動部２１０，２１１のバルブ電極２０５全てにハイレベル信号を印加すれば、全ての通路２１２の出入口が最小に絞られる。
【０１８２】
この状態を初期状態とし、流量を上げるときは、所望の数の通路２１２の両端の可動部２１０，２１１のバルブ電極２０５にローレベル信号を印加する。これにより、可動部２１０，２１１は球状シリコン２００から離れ、通路２１２の出入口が大きく開く。開く通路の数に応じて流量を調節することができる。また、再び流量を絞るときは、再びバルブ電極２０５にハイレベル信号を印加して可動部２１０，２１１を変位させ、通路２１２を閉鎖する。この場合も、閉鎖する通路の数によって、絞る流量を調節することができる。
【０１８３】
〈インクジェット記録装置〉
図２９に、本発明のインクタンクを搭載するインクジェット記録装置（液体吐出記録装置）の概略斜視図を示す。図２９に示されるインクジェット記録装置６００に搭載されたヘッドカートリッジ６０１は、印字記録のためにインクを吐出する液体吐出ヘッドと、その液体吐出ヘッドに供給される液体を保持する図１に示した２室構造のインクタンクとを有するものである。また、インクタンク内に配された立体形半導体素子（不図示）へ外部エネルギーである起電力を供給する外部エネルギー供給手段６２２や、立体形半導体素子と情報を双方向に通信する手段（不図示）が記録装置６００内に設置されている。
【０１８４】
ヘッドカートリッジ６０１は、図２９に示すように、駆動モータ６０２の正逆回転に連動して駆動力伝達ギヤ６０３および６０４を介して回転するリードスクリュー６０５の螺旋溝６０６に対して係合するキャリッジ６０７上に搭載されている。駆動モータ６０２の動力によってヘッドカートリッジ６０１がキャリッジ６０７と共にガイド６０８に沿って矢印ａおよびｂの方向に往復移動される。
【０１８５】
インクジェット記録装置６００には、ヘッドカートリッジ６０１から吐出されたインクなどの液体を受ける被記録媒体としてのプリント用紙Ｐを搬送する被記録媒体搬送手段（不図示）が備えられている。その被記録媒体搬送手段によってプラテン６０９上を搬送されるプリント用紙Ｐの紙押さえ板６１０は、キャリッジ６０７の移動方向にわたってプリント用紙Ｐをプラテン６０９に対して押圧する。
【０１８６】
リードスクリュー６０５の一端の近傍には、フォトカプラ６１１および６１２が配設されている。フォトカプラ６１１および６１２は、キャリッジ６０７のレバー６０７ａの、フォトカプラ６１１および６１２の領域での存在を確認して駆動モータ６０２の回転方向の切り換えなどを行うためのホームポジション検知手段である。プラテン６０９の一端の近傍には、ヘッドカートリッジ６０１の吐出口のある前面を覆うキャップ部材６１４を支持する支持部材６１３が備えられている。また、ヘッドカートリッジ６０１から空吐出などされてキャップ部材６１４の内部に溜まったインクを吸引するインク吸引手段６１５が備えられている。このインク吸引手段６１５によりキャップ部材６１４の開口部を介してヘッドカートリッジ６０１の吸引回復が行われる。
【０１８７】
インクジェット記録装置６００には本体支持体６１９が備えられている。この本体支持体６１９には移動部材６１８が、前後方向、すなわちキャリッジ６０７の移動方向に対して直角な方向に移動可能に支持されている。移動部材６１８には、クリーニングブレード６１７が取り付けられている。クリーニングブレード６１７はこの形態に限らず、他の形態の公知のクリーニングブレードであってもよい。さらに、インク吸引手段６１５による吸引回復操作にあたって吸引を開始するためのレバー６２０が備えられており、レバー６２０は、キャリッジ６０７と係合するカム６２１の移動に伴って移動し、駆動モータ６０２からの駆動力がクラッチ切り換えなどの公知の伝達手段で移動制御される。ヘッドカートリッジ６０１に設けられた発熱体に信号を付与したり、前述した各機構の駆動制御を司ったりするインクジェット記録制御部は記録装置本体側に設けられており、図２９では示されていない。
【０１８８】
上述した構成を有するインクジェット記録装置６００では、前記の被記録媒体搬送手段によりプラテン６０９上を搬送されるプリント用紙Ｐに対して、ヘッドカートリッジ６０１がプリント用紙Ｐの全幅にわたって往復移動する。この移動時に不図示の駆動信号供給手段からヘッドカートリッジ６０１に駆動信号が供給されると、この信号に応じて液体吐出ヘッド部から被記録媒体に対してインク（記録液体）が吐出され、記録が行われる。
【０１８９】
なお、図２９ではインクジェット記録装置の外装は示していないが、外装のカバーを半透明など中の状態が見れるものを用い、インクタンクも半透明のものを用いた場合には光を伝達手段として用いると、タンクの光をユーザーが見ることができるので、例えば「タンク交換の必要がある」ことが分かり易く、ユーザーに、タンク交換の必要性を喚起することができる。従来は、記録装置本体の操作ボタンに発光手段を設け、その発光手段を発光させることによってタンク交換をユーザーに知らせていたが、発光手段は幾つかの表示機能を兼用している場合が多く、発光手段が発光してもユーザーはこの発光が何を意味しているのか分かりにくい場合が多かった。
【０１９０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、密閉された液体収容室と一部が大気に連通する吸収体収容室とを容器底部の連通路で連通させ、吸収体収容室に液体吐出ヘッドへの供給口を設けてなる２室構造の液体収納容器において、液体（インク）に関する情報を入手する機能と、入手した情報を外部に伝達する機能とを少なくとも作り込んだ素子を液体に接するように１つ以上配置することで、液体に関する情報の入手および外部への伝達を効率的に行うことができる。特に、立体形半導体素子が入手した情報に基づいて記録装置の駆動やインク供給量等を制御し、高品位な記録を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のインクタンクの第１の実施の形態を示す概略構成図である。
【図２】第１の実施の形態における立体形半導体素子の内部構成および外部とのやり取りを表したブロック構成図である。
【図３】図２に示した立体形半導体素子の動作を説明するためのフローチャートである。
【図４】本発明に適用する立体形半導体素子の構成要素であるエネルギー変換手段の電力発生原理を説明するための図である。
【図５】図４に示す発振回路からの出力を共振周波数と振幅との関係で示す図である。
【図６】図４に示す発振回路からの出力の振幅のピーク値とインクのｐＨとの関係を示す図である。
【図７】図１に示す浮遊型の立体形半導体素子の製造方法の一例を説明するための一連の工程を示す図である。
【図８】本発明に適用する立体形半導体素子を駆動制御するＮ−ＭＯＳ回路素子を縦断するように切断した模式的断面図である。
【図９】本発明に適用する立体形半導体素子の第２の実施の形態の内部構成および外部とのやり取りを表したブロック構成図である。
【図１０】図９に示した立体形半導体素子の動作を説明するためのフローチャートである。
【図１１】本発明に適用する立体形半導体素子の第３の実施の形態の内部構成および外部とのやり取りを表したブロック構成図である。
【図１２】インクタンクのインク中に浮遊させた図９の構成の素子の位置を、インクの消費変化とともに示す図である。
【図１３】図９に示す構成の素子の位置を確認し、タンク交換の必要性を判断するためのフローチャートである。
【図１４】本発明のインクタンクの第４の実施の形態の概念を説明するための図である。
【図１５】インクタンク内及びこれに接続したインクジェットヘッド内にそれぞれ、第１、第２又は第３の実施の形態を適宜組み合わせた立体形半導体素子を配置した例を示す図である。
【図１６】インクタンク内及びこれに接続したインクジェットヘッド内にて、ある立体形半導体素子に供給した起電力を情報とともに他の立体形半導体素子に順次伝達する構成例を示す図である。
【図１７】本発明のインクタンクの第５の実施の形態を示す概略断面図である。
【図１８】図７で示す方法で製造した立体形半導体素子が液体中で安定した状態を保持するための条件を説明するための図である。
【図１９】本発明の立体形半導体素子を構成する情報入手手段の一例であるイオンセンサを説明する図である。
【図２０】インク中の染料イオンの会合状態を説明する図である。
【図２１】図１９に示すイオンセンサでの検知結果を出力するための回路の一例を示す図である。
【図２２】本発明の立体形半導体素子に設けられる圧力センサの構造の一例を説明する図である。
【図２３】図２２に示すポリシリコン抵抗層からの出力をモニタする回路の回路図である。
【図２４】図１７のインクタンクの連通路に配される立体形半導体素子の圧力バルブの構造の一例を説明する図である。
【図２５】図２４に示す圧力バルブの製造工程を説明する図である。
【図２６】図２５（ｆ）に示す状態での立体形半導体素子の平面図である。
【図２７】図２４に示す圧力バルブに関連する電気的構成の等価回路図である。
【図２８】図２４に示す圧力バルブの、バルブ電極およびベース電極への印加信号の一例のタイミングチャートである。
【図２９】本発明のインクタンクを搭載するインクジェット記録装置の一例の概略斜視図である。
【図３０】従来のインク残量検知装置の一例を示す図である。
【図３１】従来のインク残量検知装置の他の例を示す図である。
【符号の説明】
１ 負圧発生室
２ インク室
３ インク供給口
１０ インクタンク
１０ａ 仕切壁
１０ｂ 連通路
４、５，６，１１，２１，３１，４１，５１，６１，７１，７９，８１，８２，８３ 立体形半導体素子
１２，２２，３２ 起電力
１３，２３，３３ 電力
１４，２４，３４ エネルギー変換手段
１５，２５ 情報入手手段
１６，２６ 判断手段
１７，２７ 情報蓄積手段
１８，２８ 情報伝達手段
２９ 受信手段
３０ 入力信号
３５ 浮力発生手段
３６、７４ インク供給口
３７ 負圧発生部材
３８，７３ インク
７２ インクタンク
７５ 液路
７６ 液室
７７ 吐出口
７８ 記録ヘッド
１０１ 外部共振回路
１０２ 発振回路
２０１，３０１ 球状シリコン
２０２ ＳｉＯ２膜
２０３ 開口
２０４ 空洞部
２０５ ＳｉＮ膜
２０６ Ｃｕ膜
２０７ 封止部材
３００ イオンセンサ
３０２ インク感応膜
３０３ ゲート絶縁膜
３０４ａ ソース領域
３０４ｂ ドレイン領域
３０５ Ｐ型ウェル層
３０６ 参照電極
３０７ 間隙部
６００ インクジェット記録装置
６０１ ヘッドカートリッジ
６０７ キャリッジ
６２２ 外部エネルギー供給手段
本発明は、周囲の液体の物性情報を入手し、その情報を外部へ伝達する機能を有する液体収納容器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、液体吐出記録装置としては、記録ヘッドに設けた複数の噴射ノズルからインクを噴射させながら、記録ヘッドを搭載したキャリッジを用紙に対して相対的に走査することで、画像をドットパターンで用紙に形成するインクジェット記録装置が知られている。この記録装置では、記録用のインクを収容したインクタンクが備えられており、そのインクタンクのインクがインク供給路を介して記録ヘッドに供給される。そのため、インクタンクのインクの残量を検出するためのインク残量検出装置が実用に供されるととにも、種々提案されている。
【０００３】
例えば、特開平６−１４３６０７号公報に開示されたものは、図３０に示すように、非導電性のインクが満たされているインクタンク７０１の底側の内面に配設された２本（１対）の電極７０２と、インクタンク７０１内のインク液面に浮遊している浮揚体７０３とを有している。２本の電極７０２は、両者間の導通状態を検知する検知部（不図示）にそれぞれ接続されている。また、浮揚体７０３には、電極７０２と対向する位置に電極７０４が配設されている。インクタンク７０１内のインクが消費され、それと共に浮揚体７０３の位置が低下して電極７０４が電極７０２と接触すると、検知部により電極７０２間のの導通状態が検知される。これにより、インクタンク７０１内のインクが無いことが検出され、インクジェット記録ヘッド７０５の動作が停止される。
【０００４】
また、特登録２９４７２４５号によれば、図３１に示すように、下部が底面に向かって漏斗状に形成されるとともに、底面に２つの導電体８０１，８０２が設けられ、インク８０３よりも比重の小さい金属球８０４が内部に設置される構成のインクジェットプリンタ用インクカートリッジ８０５が開示されている。このような構成では、インク８０３が消費されて減っていくとインク８０３の液面が下がる。それに伴って、インク８０３の表面に浮かんでいる金属球８０４の位置が下がっていく。インク８０３の液面がインクカートリッジ筺体の底面の位置まで下がると、金属球８０４は２つの導電体８０１，８０２に接する。すると、導電体８０１，８０２が導通するので、その間に電流が流れる。その通流を検出すれば、インクエンド状態を検出することができる。インクエンド状態が検出されれば、インクエンド状態を示す情報が使用者に知らされる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したインク検知構成はいずれも、インクタンク内に設置された電極間の導通の有無の検出によりインク無しを検出するものであるので、インクタンク内に検出用の電極を配置する必要がある。しかも、インクタンク内にインクが存在しているときにインクを介して電極間が導通しないようにするため、インク成分に金属イオンが用いられない等の、使用するインクに制約が生じてしまう。
【０００６】
また、上記のインク検知構成ではインクの有無しか検知することが出来ず、その他のタンク内情報を外部が知ることが出来ない。例えば、インク残量がどれくらいであるか、インクタンク内の圧力情報、インク物性の変化などは、インクジェットヘッドを常に安定した吐出量で動作させるのに重要なパラメータであり、タンク内のインク消費に伴って時々刻々と変化するタンク内圧を外部のインクジェット記録装置にリアルタイムで知らせたり、インク物性の変化を外部へ伝達できるタンクが望まれている。
【０００７】
さらに、一方的にインクタンク内の検知した情報を外部へ知らせるのみならず、外部からの問いかけに対して内部情報を返答するような双方向の情報のやり取りを実施できるインクタンクが望まれている。
【０００８】
また、インクジェットヘッド用タンクの一形態として、インクジェット記録ヘッドに対して所望の負圧を発生する多孔質材や繊維体などの負圧発生部材を収納した大気連通状態の第１室と、記録液をそのまま収容した第２室とに区分された容器であって、その容器内の第１室と第２室の仕切壁の底部に連通路が設けられたものが実用に供されている。このタンクは、負圧発生部材を収納する室のみからなるタンクと比べて、インク収容量が多い、インクジェット記録ヘッドに対する負圧を安定させることができる、という利点がある。このため、上記の２室構造のタンクにおいて、タンク内のインク残量、インク物性の変化などの情報を外部と双方向にやり取りできる機能を備えたインクタンクが特に望まれている。
【０００９】
上記のようなインクタンクを開発するにあたって、本発明者らは、直径１ミリのシリコン・ボールの球面上に半導体集積回路を形成するというボール・セミコンダクター社のボール・セミコンダクターに着目した。このボールセミコンダクターは球形であるため、これをインクタンク内に収容すれば、周囲環境情報の検出や外部との双方向の情報のやり取りを平面形に比べて非常に効率良く行えることが予想された。しかしながら、このような機能を持つものを調査したところ、ボール・セミコンダクター同士を電気配線で接続する技術などが存在する（米国特許明細書第５８７７９４３号参照）だけで、上記の機能を持つ素子自体の開発が必要となった。また、この素子を上記のインクタンクにも有効に適用できるものとするために、いくつかの固有の課題もあった。
【００１０】
第１に、タンク内に収容された素子を起動させるための電力の供給である。素子の起動のための電源をインクタンクに持たせるとタンクが大型になったり、タンク外部に電源を備える場合でも電源と素子との接続手段が必要になり、タンクの製造コストが増え、タンクカートリッジが高価になるので、外部より非接触で素子を起動させねばならない。
【００１１】
第２に、前記インクをそのまま収容する第２室に素子を配置したい場合、インクタンクのインク液面や液面より一定の距離沈んだインク中で素子を浮遊させなければならない場合があることである。例えば、インクタンク内のインク消費に伴う負圧量の変動を経時的に監視するには、インク液面に素子が位置するのが望ましいが、素子は水より比重の大きいシリコンからなるため、インクに浮遊させることは一般には困難である。
【００１２】
本発明の目的は、上記の２室構造タンクにおいて、タンク内の情報の検出や、この検出に関して外部と双方向に情報のやり取りを行える立体形半導体素子を備えた液体収納容器を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明は、液滴を吐出する液体吐出ヘッドに供給されるインクを収容した液体収納容器であって、
前記液体収納容器は、一部が大気に連通されるとともに前記液体吐出ヘッドに液体を供給する供給口とを備え内部に液体を吸収する吸収体が収容された第１室と、外部から密閉され前記液体を直接収容する第２室と、前記液体収納容器の使用状態における底部側に前記第１室と前記第２室を連通する連通路とを有しており、
前記第１室内には前記第１室の圧力変動を監視する第１の監視手段としての第１の立体形半導体素子が、
前記第２室内には前記第２室の液量を監視するために、液面もしくは液中に浮かんで配された液体の残量を検知する残量検知手段を構成する第２の監視手段としての第２の立体形半導体素子が、
前記連通路には、前記第１の監視手段もしくは第２の監視手段からの情報に応じて前記連通路を流れる液体の流量を調節する流量調節装置としての第３の立体形半導体素子が、それぞれ配置されており、
前記第２の監視手段としての第２の立体形半導体素子は、液面もしくは液中の所定の高さで浮遊するための空洞部を有し、前記第２の立体形半導体素子の重心が当該素子の中心より下方に位置するとともに、当該素子のメタセンタが前記重心より常に上方に位置するように構成されたものであり、
前記流量調節装置としての第３立体形半導体素子は、前記第１の監視手段もしくは第２の監視手段からの情報を受信する受信手段と、前記受信した情報に応じて前記液体の流量の調整するために、球状シリコンと、該球状シリコンと間隔を有して片持ち支持されて前記第１もしくは第２の立体形半導体素子の情報に応じて開閉動作される第１可動部および第２可動部と、該第１可動部と第２可動部とをつなぎ前記球状シリコンとの間に空間として構成された通路と、前記球状シリコンの表面の一部に設けられた第１および第２ベース電極と、前記第１および第２ベース電極と対向し前記第１および第２可動部にそれぞれ設けられた第１および第２バルブ電極と、を備え、外部から与えられるエネルギーを、前記受信手段および前記可動部を動作させるための、前記エネルギーとは異なる種類のエネルギーに変換するエネルギー変換手段とを少なくとも有して構成されている、ことを特徴とする。
【００１６】
上記のとおりの発明の液体収納容器内に配する立体形半導体素子は、情報を入手すべき対象である液体に接して置かれる。この状態で、情報入手手段により、液体に関する情報を入手し、その情報を、情報伝達手段により外部へ伝達する。これら情報入手手段および情報伝達手段を作動させるためのエネルギーは、エネルギー変換手段によって、外部からのエネルギーが異なる種類のエネルギーに変換されて与えられる。このように、液体に関する情報を入手して外部に伝達する機能を立体形の半導体素子に作り込んでいるので、情報の入手および伝達を三次元的に行える。そのため、平板型の半導体素子を用いる場合に比べ、情報の入手および伝達の方向の制限も少ないので、液体に関する情報の入手および外部への伝達が効率的に行えるようになる。
【００１７】
入手情報と比較するための情報を蓄積する情報蓄積手段と、これに蓄積された情報と情報入手手段で入手した情報とを比較し外部への情報の伝達の必要性を判断する判断手段とを更に有することで、入手情報は必要に応じて外部へ伝達される。さらに、外部からの信号を受信する受信手段を付加することで、受信信号に応じて情報を入手し、蓄積情報との比較結果をその入手情報とともに外部へ伝達し、外部装置と双方向に信号の送受信を行うことも可能となる。
【００２８】
また本明細書中の「立体形半導体素子」の「立体形」とは、三角柱、球、半球体、四角柱、回転楕円体、一軸回転体など、種々の立体形を全て含む。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００３０】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の液体収納容器の第１の実施の形態を示す概略断面図である。図１に示すインクタンク１０は、互いに仕切壁１０ａで仕切られた負圧発生室（第１室）１とインク室（第２室）２とを有する。仕切壁１０ａの下端部は連通路１０ｂとなっており、この連通路１０ｂを介して、負圧発生室１とインク室２とが連通している。負圧発生室１には、繊維体や多孔質体などで構成される負圧発生部材（吸収体）が収納されており、負圧発生室１内でインクは負圧発生部材に吸収された状態で保持されている。また、負圧発生室１には、負圧発生室１内のインクをインクジェット記録ヘッド（不図示）等、外部に供給するためのインク供給口３と、負圧発生室１の内部を大気と連通させる大気連通口（不図示）とが設けられている。インク室２は、連通路１０ｂを除いて実質的に密閉構造で、インクをそのまま保持している。このような構成のインクタンク１０によれば、インク供給口３からのインクの消費に伴い、連通路１０ｂを介して、負圧発生室１からインク室２へ気体（大気連通口から導入された気体）が導出されるとともに、それと見合った量のインクがインク室２から負圧発生室１へ導入され、これにより、負圧発生室１内に保持されるインクの量すなわち負圧発生室１内の負圧がほぼ一定に保たれる。
【００３１】
そして、インク室２に保持されたインクの液面に、インクに関する情報を入手して外部へ伝達できる立体形半導体素子１１が浮かべられている。この素子１１を液面に浮かべる構成については後述する。なお、立体形半導体素子はインク室５２に限られず、インクに関する情報を入手できれば負圧発生部材中に配置されていてもよく、また立体形半導体素子は１つの場所に限らず、異なる箇所や同一箇所に複数個配置されてもよい。
【００３２】
図２は、本実施形態の立体形半導体素子１１の内部構成および外部とのやり取りを表したブロック構成図である。本実施形態の立体形半導体素子（以下、単に「素子」という）１１は、外部Ａから素子１１に向かって非接触で供給された起電力１２を電力１３に変換するエネルギー変換手段１４と、エネルギー変換手段１４で変換された電力１３により起動する情報入手手段１５、判断手段１６、情報蓄積手段１７、および情報伝達手段１８とを備えている。少なくともエネルギー変換手段１４および情報入手手段１５は素子１１の表面もしくは表面付近に形成されていることが望ましい。また、素子１１を動作させるために供給する起電力には、電磁誘導、熱、光、放射線などを適用することができる。但し、図１には、インクタンク１０の下方に配置された外部共振回路１０１からの電磁誘導による誘導起電力で素子１１は電力を発生し、かつ、共振周波数を発生してインクタンク１０内のインク情報を外部に伝達する態様を代表して概念的に表した。
【００３３】
情報入手手段１５は、素子１１の周囲環境情報であるインクタンク内のインクに関する情報（インク情報）を入手し、判断手段１６へ出力する。判断手段１６は、情報入手手段１５より入手したインク情報と情報蓄積手段１７に記憶されている情報とを比較し、入手したインク情報を外部へ伝達する必要があるか否かを判断する。情報蓄積手段１７は、入手するインク情報と比較する諸条件や情報入手手段１５より入手したインク情報そのものをデータテーブルとして蓄積する。情報伝達手段１８は、判断手段１６からの命令に基づき、エネルギー変換手段１４により与えられた電力を、インク情報を外部Ａ又は外部Ｂに伝達するためのエネルギーに変換して、外部Ａ又は外部Ｂへインク情報を伝達する。ここで、外部Ｂとは、起電力１２の供給源である外部Ａとは異なる対象であり、この素子１１が収容されるインクタンクを搭載するインクジェット記録装置の他に、例えば、人の視覚や聴覚といった感覚器官も含む。
【００３４】
図３は、図２に示した素子の動作を説明するためのフローチャートである。図２及び図３を参照すれば、外部Ａから素子１１に向かって起電力１２を与えると、エネルギー変換手段１４は起電力１２を電力１３へと変換し、その電力１３により情報入手手段１５、判断手段１６、情報蓄積手段１７、および情報伝達手段１８を起動する。
【００３５】
起動した情報入手手段１５は、素子１１の周囲環境情報であるインクタンク内のインク情報、例えば、インクの残量、インクの種類、温度、ペーハー（以下、「ｐＨ」と記す。）などの情報を入手する（図３のステップＳ１１）。更に、大気連通口を介して、インク中の揮発成分が蒸発し、インク中の色材（染料や親水化された顔料成分）が会合して、見かけ上、ゲル化（高分子化）されていることも情報として入手することができる。（尚、詳細は、後述している）。次に、判断手段１６は、入手したタンク内部情報と参照するための条件を情報蓄積手段１７より読み出し（図３のステップＳ１２）、この読み出した条件と入手したタンク内部情報とを比較し、情報伝達の必要性を判断する（図３のステップＳ１３）。ここで、情報蓄積手段１７に予め設定してある条件に基づく判断は、例えばインク残量が２ｍｌ以下になったり、インクのｐＨが大きく変化したりした為にタンク交換が必要との判断を行うことが挙げられる。
【００３６】
ステップＳ１３において判断手段１６が外部へタンク内の情報を伝達する必要がないと判断した場合には、情報蓄積手段１７に現在のインクタンク内の情報が蓄積される（図３のステップＳ１４）。なお、次に情報入手手段１５がインクタンク内の情報を入手したとき、判断手段１６は、その入手した情報とここで蓄積された情報とを比較してもよい。
【００３７】
またステップＳ１３において、判断手段１６がインクタンク内の情報を外部へ伝達する必要があると判断した場合には、エネルギー変換手段１５により変換され電力１３が、情報伝達手段１８でさらに、インクタンク内の情報を外部へ伝達するためのエネルギーへと変換される。この伝達するためのエネルギーとしては、磁界、光、形、色、電波、音などを使用することが可能であり、例えば、インク残量が２ｍｌ以下になったと判断された場合には音を鳴らしてタンク交換が必要であることを外部Ｂ（例えば、インクジェット記録装置）に伝達する（図３のステップＳ１５）。また、伝達先はインクジェット記録装置のみでなく、特に光、形、色や音などの場合は人の視覚や聴覚に伝達してもよい。さらに、インク残量が２ｍｌ以下になったと判断された場合には音を発し、インクのｐＨが大きく変化したときには光を発するなど、情報に応じてその伝達方法を変えてもよい。
【００３８】
インクジェット記録装置に用いられる場合、素子１１に外部エネルギーとして起電力を供給する手段を設けるのに好ましい位置としては、シリアル型のインクジェット記録装置を例に挙げると、記録ヘッド、キャリッジ、記録ヘッドの回復ポジション、もしくはキャリッジリターンポジション等が挙げられる。これ以外にも、起電力を供給する手段を有する装置を用いれば、インクジェット記録装置がなくてもインクタンク内部の状態を知ることができ、例えば、工場や販売店で、実際にインクタンクをインクジェット記録装置に装着することなく、インクタンクの品質検査を行うこともできる。
【００３９】
本実施形態によれば、素子１１がエネルギー変換手段１５を有しているので、外部と直接的な電気的配線を行う必要がなくなり、外部と直接的な電気的配線を行うことが困難な個所、例えば、図１に示したようなインク中の他にも負圧発生部材中など、対象物中のどの個所であっても素子１１を使用することができる。インクに接するように素子１１を配すれば、インクの状態をリアルタイムで正確に把握することが可能となる。
【００４０】
また、素子１１がエネルギー変換手段１５を有しているので、素子１１を動作させるための起電力を蓄積する手段（本例では電源）を素子１１に設ける必要がなくなる。そのため、素子１１の小型化が可能となり、狭い個所であっても素子を使用することができる。尚、本形態では素子１１と非接触で素子１１に起電力を供給したが、一時的に外部と接触して起電力を供給した後、外部と非接触となる形態でもよい。
【００４１】
ここで、エネルギー変換手段１４について、図１にも表したように電磁誘導を利用して電力を発生させる場合を例に挙げて説明する。
【００４２】
図４は、本発明の立体形半導体素子の構成要素であるエネルギー変換手段の電力発生原理を説明するための図である。
【００４３】
図４において、コイルＬａを有する外部共振回路１０１と、コイルＬを有する発振回路１０２とを、両コイルＬａ，Ｌを隣接させて設置する。この状態で、外部共振回路１０１を通じてコイルＬａに電流Ｉａを流すと、電流Ｉａによって発振回路１０２のコイルＬを貫く磁束Ｂが生じる。ここで、電流Ｉａを変化させるとコイルＬを貫く磁束Ｂが変化するので、コイルＬには誘導起電力Ｖが生じる。したがって、素子１１にエネルギー変換手段として発振回路１０２を作り込み、素子１１の外部の例えばインクジェット記録装置に、外部共振回路１０１を、素子側の発振回路１０２のコイルＬと素子外部の共振回路１０１のコイルＬａとが隣接するように配設する事により、外部からの電磁誘導による誘導起電力で、素子１１を動作させる電力を発生することができる。
【００４４】
素子１１にエネルギー変換手段として作り込んだ発振回路１０２のコイルＬを貫く磁束Ｂは、外部共振回路１０１のコイルＬａの巻き数Ｎａと電流Ｉａの積に比例するから、比例定数をｋとして、
【００４５】
【数１】
Ｂ＝ｋ＊Ｎａ＊Ｉａ （１）
コイルＬに生じる起電力Ｖは、
【００４６】
【数２】
【００４７】
【数３】
【００４８】
式（２）の相互インダクタンス：Ｍは、
【００４９】
【数４】
【００５０】
そして、球状シリコンに作り込んだ発信回路のインピーダンス：Ｚは、
【００５１】
【数５】
Ｚ（ω）＝Ｒ＋ｊ｛ωＬ−（１／ωＣ）｝ （５）
と表され、外部共振回路のインピーダンス：Ｚａは、
【００５２】
【数６】
Ｚａ（ω）＝Ｒａ＋ｊωＬａ−｛ω２Ｍ２／Ｚ（ω）｝ （６）
となる。ここで、Ｊは、磁化を表している。そして、この外部共振回路が共振（電流値：Ｉａが最大になるとき）した時のインピーダンス：Ｚｏは、
【００５３】
【数７】
Ｚｏ（ωｏ）＝Ｒａ＋ｊＬａωｏ−（ωｏ ２Ｍ２／Ｒ） （７）
となり、この共振回路の位相の遅れ：φは、
【００５４】
【数８】
ｔａｎφ＝｛ｊＬａωｏ−（ωｏ ２Ｍ２／Ｒ）｝／Ｒ （８）
となる。
【００５５】
そして、この外部共振回路の共振周波数：ｆｏは、
【００５６】
【数９】
ｆｏ＝１／２π（ＬＣ）１／２ （９）
で求められる。
【００５７】
上記のような関係から、素子１１に作り込んだ発振回路１０２のインピーダンスＺがインクタンク内のインクの変化に応じて変化すると、外部共振回路１０１の周波数が変化し、外部共振回路１０１のインピーダンスＺａの振幅および位相差に、上記のインクの変化が表れてくる。さらには、この位相差や振幅には、インク残量（即ち、Ｚの変化）も含まれている。
【００５８】
例えば、外部共振回路１０１の共振周波数ｆ０を変化させることで、素子１１に作り込んだ発振回路１０２からの出力（インピーダンスＺ）が、周囲の環境変化に応じて変化するので、この周波数依存性を検出することで、インクの有無やインク残量を検出することができる。
【００５９】
したがって、素子１１に作り込む発振回路１０２は、電力を発生させるエネルギー変換手段１４としてのみならず、その発振回路１０２と外部共振回路１０１との関係で、インクタンク内のインクの変化を検知する情報入手手段１５の一部を兼用している。
【００６０】
ここで、素子１１に設けられた発振回路で発生する出力の例を、共振周波数と振幅との関係として、図５に示す。図５に示すように、発振回路で発生する出力は、インクタンク５０内（正確にはインク室５２）のインクの状況に応じて、例えばａ〜ｃのように、振幅のピーク値を示す共振周波数およびそのピーク値での振幅にそれぞれ違いが生じる。具体的には、図６（ａ）に示すように、振幅のピーク値を示す共振周波数ｆａ、ｆｂ、ｆｃは、インクのｐＨと相関関係をもっている。この図６（ａ）に示す関係を予め測定しておくことで、インクのｐＨの変化を検知することができる。インクの濃度に関しても、違う周波数領域帯で同様の関係があり、その関係を予め測定しておくことで、インクの濃度変化を検知することができる。
【００６１】
また、図５に示した共振周波数領域での振幅値の変化Ａ，Ｂ，Ｃは、図６（ｂ）に示すように、素子１１と外部共振回路１０１との距離と相関関係をもっている。従って、インクが満タンのときと空のときとの振幅値を予め測定しておくことで、インクタンク５０内での素子１１の位置、すなわちインクの残量を検知することができる。
【００６２】
また、液体の密度は、状態方程式
ＰＶ＝ｎＲＴ （１０）
（ここで、Ｐ：圧力、Ｖ：体積、ｎ：グラム分子量、Ｒ：気体定数、Ｔ：絶対温度）
を用いて近似することも可能である。
【００６３】
式（１０）において、Ｔを一定とすると、密度ρは、
【００６４】
【数１０】
ρ＝Ｍ／Ｖ＝ＭＰ／ＲＴ （Ｍは分子量） （１１）
で表される。すなわち、液体の圧力および温度を検知することができれば、液体の密度の状態変化も測定可能である。
【００６５】
液体の圧力については、例えば、詳しくは後述するが、ポリシリコン膜でダイアフラムを構成し、圧力の変化によるダイアフラムの変位に伴う抵抗値変化を利用した圧力センサを、本実施形態の素子１１に作り込むことで検知することができる。
【００６６】
また、液体の温度については、例えば、特開平７−５２３８７号公報に記載されている、記録ヘッドの温度を検知するためのダイオードセンサを本実施形態の素子１１に作り込むことによって、検知することができる。
【００６７】
以上のように、素子１１に圧力センサおよび温度センサを作り込むことで、インクの密度を検知することができる。経時変化も同様に検知できると、液体の粘度／表面張力の変化も推定することができる。
【００６８】
液体の粘度に関しては、オリック・アーバーの式
【００６９】
【数１１】
ｌｎ（η／ρＭ）＝Ａ＋（Ｂ／Ｔ） （１２）
（ここで、η：粘度、Ａ：定数、Ｂ：定数）
から、密度の変化により液体の粘度の変化を推定することができる。
【００７０】
液体の表面張力と密度との間には、マクレオドによる、
【００７１】
【数１２】
γ＝｛Ｃ（ρ０−ρ）｝４．０ （１３）
（ここで、γ：表面張力、Ｃ：液体により決められた定数）
の関係式がある。この関係式から、密度の変化により、液体の表面張力の変化を推定することができる。
【００７２】
以上のことから、素子１１をインクタンク１０に適用することにより、インクのｐＨ、濃度、密度などといったインク情報を経時的に検知しインクタンク１０の外部へ伝達することが可能となるので、例えば、使用していたインクタンクが別のものに換えられたり、インクタンク１０内に別のインクが注入され、インクの量が異常に増加したりインクの成分が変化した場合であっても、これらを異常として正確に検知することができる。また、インクの粘度や表面張力の変化も推定することができるので、記録ヘッドの制御部へこれらの情報を伝達し、安定した吐出特性を保つ駆動条件を設定することもできる。
【００７３】
なお、図１では、図２に示した構成を有する素子１１を用いたが、判断手段１６および情報蓄積手段１７は、素子１１にでなくインクタンク１０の外部に設けてもよい。
【００７４】
ところで、前述したように、図１に示すインクタンク１０では素子１１はインク液面に浮かべられているが、そのようなインク液面に浮かぶ素子１１について、その製造方法とともに、以下に説明する。
【００７５】
図７は、図１に示す浮遊型の素子１１を、前述したボール・セミコンダクターのベースとなる球状シリコンを用いて製造する場合の製造方法の一例を説明するための一連の工程を示す図である。なお、図７では、各工程を球状シリコンの中心を通る断面で示している。また、ここでは、球状シリコンの重心を中心より下部になるように作成し、且つ、球面体内部の上部を空洞にして、更に、その空洞部を気密状態に保持する場合の製造方法を例に挙げる。
【００７６】
まず、図７（ａ）に示す球状シリコン２０１に対し、その全表面上に、図７（ｂ）に示すように熱酸化のＳｉＯ２膜２０２を形成する。その後、図７（ｃ）に示すようにＳｉＯ２膜２０２の一部に開口２０３を形成するため、フォトリソグラフィプロセスを用いて、パターニングをする。
【００７７】
そして、図７（ｄ）に示すように、開口２０３を通じてのＫＯＨ溶液を用いた異方性エッチングにより、球状シリコン２０１の上半部を除去し、空洞部２０４を形成する。その後、図７（ｅ）に示すように、ＬＰＣＶＤ法を用いて、空洞部２０４の内面も含む、球状シリコン２０１およびＳｉＯ２膜２０２の全露出面をＳｉＮ膜２０５で被覆する。
【００７８】
更に、図７（ｆ）に示すように、メタルＣＶＤ法を用いて、ＳｉＮ膜２０５の外表面上にＣｕ膜２０６を形成する。そして、図７（ｇ）に示すように、周知のフォトリソグラフィプロセスを用いてＣｕ膜２０６をパターニングし、発振回路１０２（図４参照）の一部である導電体コイルＬを巻き数Ｎで形成する。その後、導電体コイルＬを形成した立体形素子を真空装置から大気中に出し、上部の開口２０３を樹脂や栓などの封止部材２０７で塞ぎ、球面体内部の空洞部２０４を密閉状態にする。このように製造すれば、シリコンからなる素子自体に浮力を持たせることができる。
【００７９】
また、このような浮遊型の立体形半導体素子を製造する前に球状シリコンに形成しておくコイルＬ以外の駆動回路素子は、Ｎ−ＭＯＳ回路素子を用いている。図８に、Ｎ−ＭＯＳ回路素子を縦断するように切断した模式的断面図を示す。
【００８０】
図８によれば、Ｐ導電体のＳｉ基板４０１に、一般的なＭｏｓプロセスを用いたイオンプランテーション等の不純物導入および拡散により、Ｎ型ウェル領域４０２にＰ−Ｍｏｓ４５０が構成され、Ｐ型ウェル領域４０３にＮ−Ｍｏｓ４５１が構成されている。Ｐ−Ｍｏｓ４５０およびＮ−Ｍｏｓ４５１は、それぞれ厚さ数百Åのゲート絶縁膜４０８を介して、４０００Å以上５０００Å以下の厚さにＣＶＤ法で堆積したｐｏｌｙ−Ｓｉによるゲート配線４１５、およびＮ型あるいはＰ型の不純物導入をしたソース領域４０５、ドレイン領域４０６等で構成され、それらＰ−Ｍｏｓ４５０とＮ−Ｍｏｓ４５１によりＣ−Ｍｏｓロジックが構成されている。
【００８１】
素子駆動用のＮ−Ｍｏｓトランジスタ３０１は、やはり不純物導入および拡散等の工程により、Ｐ型ウェル基板４０２上のドレイン領域４１１、ソース領域４１２およびゲート配線４１３等で構成されている。
【００８２】
ここで、素子駆動ドライバとしてＮ−Ｍｏｓトランジスタ３０１を使うと、１つのトランジスタを構成するドレインゲート間の距離Ｌは、最小値で約１０μｍとなる。その１０μｍの内訳の１つは、ソースとドレインのコンタクト４１７の幅であり、それらの幅分は２×２μｍであるが、実際は、その半分が隣のトランジスタとの兼用となるため、その１／２の２μｍである。内訳の他は、コンタクト４１７とゲート４１３の距離分の２×２μｍの４μｍと、ゲート４１３の幅分の４μｍであり、合計１０μｍとなる。
【００８３】
各素子間には、５０００Å以上１００００Å以下の厚さのフィールド酸化により酸化膜分離領域４５３が形成され、素子分離されている。このフィールド酸化膜は、一層目の蓄熱層４１４として作用する。
【００８４】
各素子が形成された後、層間絶縁膜４１６が約７０００Åの厚さにＣＶＤ法によるＰＳＧ、ＢＰＳＧ膜等で堆積され、熱処理により平坦化処理等をされてから、コンタクトホールを介して、第１の配線層となるＡｌ電極４１７により配線が行なわれている。その後、プラズマＣＶＤ法によるＳｉＯ２膜等の層間絶縁膜４１８を１００００Å以上１５０００Å以下の厚さに堆積し、更にスルーホールを形成した。
【００８５】
このＮ−Ｍｏｓ回路を、浮遊型の素子を形成する前に形成しておく。そして、本発明のエネルギー変換手段としての発振回路などとの接続を上記スルーホールを介して行なう。尚、ここで形成したＮ−Ｍｏｓ回路は、球状シリコン上に形成したイオンセンサや、圧力センサ、および、後述する開閉バルブを制御したり、該センサ等で検出した情報をＣＰＵ等の演算回路へ伝達するものであり、Ｃ−ＭＯＳ回路やＤ−ＭＯＳ回路等を採用しても同様の効果が期待できる。
【００８６】
図１に示した例では、素子１１を起動させる電力を供給する外部エネルギーにコイルによる電磁誘導を利用したが、これ以外に、光の明暗を利用してもよい。光の明暗を電気信号に変換する場合は、光の照射により抵抗値が変化する材料（例えば、光導電体）を用いて、光導電効果により電力を発生させることができる。光導電体としては例えば、ＣｄＳ，ＩｎＳｂやＨｇ０．８Ｃｄ０．２Ｔｅなどの二元合金／三元合金や、ＧａＡｓ，Ｓｉ，Ｖａ−Ｓｉなどが用いられる。さらに、起電力として熱を使用する場合は、物質の放射エネルギーから量子効果により電力を発生させることができる。
【００８７】
（第２の実施の形態）
次に、本発明のインクタンクの第２の実施の形態を説明する。ここでは、図１に例示した２室構造のインクタンクに収容する、第１の実施の形態で説明した機能の立体形半導体素子とは異なる素子を例に挙げる。
【００８８】
図９は、本実施形態による立体形半導体素子の内部構成および外部とのやり取りを表したブロック構成図である。この図に示す立体形半導体素子（以下、単に「素子」という）２１は、図１に示した２室構造のインクタンク内に少なくとも１つ配置されており、外部Ａから素子２１に向かって非接触で供給された起電力２２を電力２３に変換するエネルギー変換手段２４と、エネルギー変換手段２４で変換された電力により起動する情報入手手段２５、判断手段２６、情報蓄積手段２７、情報伝達手段２８、および受信手段２９とを備えている。本実施形態は、第１の実施の形態とは受信機能を有する点、すなわち受信手段２９を有する点が第１の実施形態と異なり、その他は第１の実施形態と同様である。素子２１を動作させるために供給する起電力２２には、電磁誘導、熱、光、放射線などを適用することができる。また、少なくともエネルギー変換手段２４、情報入手手段２５および受信手段２９は素子２１の表面もしくは表面付近に形成されていることが望ましい。
【００８９】
情報入手手段２５は、素子２１の周囲環境情報であるインクタンク内のインク情報を入手する。受信手段２９は外部Ａまたは外部Ｂからの入力信号３０を受信する。判断手段２６は、受信手段２９からの入力信号に応じて、情報入手手段２５にインク情報を入手させ、この入手したインク情報と情報蓄積手段２７に記憶してある情報とを比較し、入手したインク情報が所定の条件を満たすかどうかを判断する。情報蓄積手段２７は、入手するインク情報と比較する諸条件や情報入手手段２５より入手したインク情報そのものをデータテーブルとして蓄積する。情報伝達手段２８は、判断手段２６の命令によって、電力を、インク情報を外部Ａ、外部Ｂまたは外部Ｃへ伝達するためのエネルギーに変換して、判断手段２６による判断結果を外部Ａ、外部Ｂまたは外部Ｃへ表示、伝達する。
【００９０】
図１０は、図９に示した素子の動作を説明するためのフローチャートである。図９及び図１０を参照すれば、外部Ａから素子２１に向かって起電力２２を与えると、エネルギー変換手段２４は起電力２２を電力２３へと変換し、その電力により情報入手手段２５、判断手段２６、情報蓄積手段２７、情報伝達手段２８および受信手段２９を起動する。
【００９１】
この状態で、外部Ａ又は外部Ｂから、素子２１にインクタンク内の情報を聞くための信号３０を送信する。この入力信号３０は、例えばインクタンク内にまだインクが残っているかどうかを素子２１に聞くための信号であり、受信手段２９で受信される（図１０のステップＳ２１）。すると、判断手段２６は、情報入手手段２５に、インクタンク内のインク情報、例えばインクの残量、インクの種類、温度、ｐＨなどの情報を入手させ（図１０のステップＳ２２）、かつ入手したインク情報と参照するための条件を情報蓄積手段２７より読み出し（図１０のステップＳ２３）、入手したインク情報が設定条件を満たすかどうかを判断する（図１０のステップＳ２４）。
【００９２】
ステップＳ２４において入手情報が設定条件を満たさないと判断した場合にはその満たしていない旨を、入手情報が設定条件を満たすと判断した場合にはその満たしている旨を外部Ａ又は外部Ｂ又は外部Ｃに伝達する（ステップＳ２５，Ｓ２６）。このとき、判断結果に併せて入手情報も伝達してもよい。この伝達は、エネルギー変換により得られた電力を、情報伝達手段２８でさらに、インクタンク内のインク情報を外部へ伝達するためのエネルギーへ変換することで行なう。この伝達するためのエネルギーとしては、磁界、光、形、色、電波、音などを使用することが可能であり、判断結果に応じて変化させ、また、判断すべき質問内容（例えば、インク残量が２ｍｌ以下であるかや、インクのｐＨが変化しているか等）に応じて、その伝達方法を変えてもよい。
【００９３】
なお、外部Ａ又は外部Ｂからの入力信号３０と共に起電力をも素子２１に与えても良く、例えばその起電力が電磁誘導の場合はインクの残量について聞くための信号、光の場合はｐＨを聞くための信号など、情報の種類によって使い道を分けて与えても良い。
【００９４】
本実施形態によれば、外部からの信号を受信する機能を有しているため、第１の実施の形態による効果に加え、外部からの様々な種類の信号による質問に対して返答することが可能となり、素子と外部とで情報のやり取りを行うことができる。
【００９５】
（第３の実施の形態）
次に、本発明のインクタンクの第３の実施の形態を説明する。ここでも、図１に例示した２室構造のインクタンクに収容する、第１の実施の形態で説明した機能の立体形半導体素子とは異なる素子を例に挙げる。
【００９６】
図１１は、本実施形態による立体形半導体素子の内部構成および外部とのやり取りを表したブロック構成図である。この図で示す形態の立体形半導体素子（以下、単に「素子」という）３１は、インクタンク内に配置されており、外部Ａから素子３１に向かって非接触で供給された起電力３２を電力３３に変換するエネルギー変換手段３４と、エネルギー変換手段３４で変換された電力を用いて浮力を発生させる浮力発生手段３５とを備えている。
【００９７】
本実施形態では、外部Ａから素子３１に向かって起電力３２を与えると、エネルギー変換手段３４は起電力３２を電力３３へと変換し、その電力３３を用いて浮力発生手段３５は素子３１の浮力を発生し、素子３１をインク液面で浮遊させる。この浮力は必ずしもインク液面だけでなく、インクが空の状態で吐出を行うのを防止するために、素子３１の位置が必ずインク液面から一定距離下方に存在するようにしてもよい。
【００９８】
図１２に、図１と同等のインクタンクのインク中に浮遊させた素子の位置を、インクの消費変化とともに示す。
【００９９】
図１２に示すように２室構造のインクタンクでは、インク供給口３６より負圧発生部材３７のインクが外部へ導出され所定の位置まで下がると、そこからは負圧発生部材３７内のインク液面は下がらず、消費された分のインクが生インクの収容室から負圧発生部材３７に導入される。これにより、インク室内のインク３８中の素子３１は、インク液面Ｈから一定距離下方に存在した状態で、インクの消費によるインク液面Ｈの位置の低下と共に移動する。
【０１００】
図１３は、素子３１の位置を確認し、タンク交換の必要性を判断するためのフローチャートである。図１１及び図１３のステップＳ３１〜Ｓ３４を参照すると、外部Ａ又は外部Ｂ（例えばインクジェット記録装置）により素子３１に向けて光を発信し、その光を外部Ａ又は外部Ｂ（例えばインクジェット記録装置）又は外部Ｃで受信することにより素子３１の位置が検知され、この検出された素子３１の位置により、インクタンクを交換する必要があるか等をインクジェット記録装置が判断し、必要がある場合はタンク交換を音や光等で報知する。
【０１０１】
素子３１の位置の検出方法としては、エネルギー変換手段３４として図４に示した発振回路１０２を用い、インクタンクの外部に外部共振回路１０１と設置すれば、発振回路１０２からの出力に基づいて第１の実施形態と同様に検知する方法が挙げられる。また、その他に、インク液面の変位に伴って素子３１が通過する位置に発光手段と受光手段とを対向配置し、発光手段から発せられた光を素子３１が遮蔽することにより素子３１の位置を検出する方法、または、発光手段から発した光を素子３１で反射させ、その反射光により素子３１の位置を検出する方法などが挙げられる。
【０１０２】
本実施形態によれば、第１の実施形態において図７を参照して説明したように内部に空洞部を設けなくても素子３１を浮遊させることができ、しかも、液体の比重（もしくは、密度）が異なるなど、素子３１が用いられる環境により素子３１に必要な浮力などが変化する場合においても、外部からの起電力３２をエネルギー変換手段３４により変換して所望の位置に常に素子が存在するように設定することができるので、素子３１が置かれる環境に拘わらず素子３１を使用することが可能である。
【０１０３】
なお、本実施形態は上述した第１及び第２の実施の形態に適宜組み合わせることも可能である。
【０１０４】
（第４の実施の形態）
本実施形態は、第１又は第２の実施形態と同様の構成を有する素子に、他の素子に情報を伝達する機能を付与し、これらを図１に示した２室構造のインクタンク内に複数配置した構成としたものである。
【０１０５】
まず、本実施形態の概念について図１４を参照して説明する。図１４は、本発明のインクタンクの第４の実施の形態の概念を説明するための図である。
【０１０６】
図１４（Ａ）に示す例では、第１の実施の形態と同様の構成を有する複数の素子４１，４２，…，４３が対象物中に配されており、各素子４１，４２，…，４３に外部Ａ又は外部Ｂより起電力が供給されると、各素子４１，４２，…，４３はそれぞれ周囲環境情報を入手する。そして、素子４１の入手情報ａは素子４２へ、素子４１及び素子４２の入手情報ａ，ｂは次の素子へと順次伝達され、最後の素子４３はすべての入手情報を外部Ａ又は外部Ｂに伝達する。
【０１０７】
また、図１４（Ｂ）に示す例では、第２の実施の形態と同様の構成を有する複数の素子５１，５２，…，５３が対象物中に配され、各素子５１，５２，…，５３に外部Ａ、外部Ｂ又は外部Ｃより起電力が供給されている。例えば、素子５３に外部Ａ又は外部Ｂから信号による所定の質問が入力されると、素子５１又は５２はそれぞれ質問に応じた情報を入手して回答を行ない、素子５１又は５２の質問回答は他の素子へと順次伝達され、所望の素子５３より外部Ａ又は外部Ｂ又は外部Ｃに返答される。
【０１０８】
また、図１４（Ｃ）に示す例では、第２の実施の形態と同様の構成を有する複数の素子６１，６２，…，６３が対象物中に配され、各素子６１，６２，…，６３に外部Ａ、外部Ｂ又は外部Ｃより起電力が供給されている。外部Ａ又は外部Ｂより例えば素子６３に対してある信号が入力されると、その信号は素子６２および素子６１へと順次伝達され、素子６１により外部Ａ又は外部Ｂ又は外部Ｃへ表示を行なう。
【０１０９】
なお、図１４の（Ａ）〜（Ｃ）の例では、複数の素子のうち一つを、第３の実施の形態と同様に浮力発生手段を備えたものとしてもよい。
【０１１０】
以上、本実施形態の概念について説明したが、以下に、上述の概念に基づいた本実施形態でのインクに関する情報の入手について、図１５及び図１６を参照して説明する。
【０１１１】
図１５は、インクタンク内及びこれに接続したインクジェット記録ヘッド内にそれぞれ、第１、第２又は第３の実施の形態の構成を適宜組み合わせた素子を配置した例を示している。この例では、第１の実施の形態に対して第３の実施の形態の浮力発生手段および他の素子７９への情報伝達機能を付加した素子７１が、図１と同様の２室構造のインクタンク７２のインク７３中の所望の位置に配置される。一方、インクタンク７２のインク供給口７４と連結した液路７５及び液室７６を通じて供給されたインクを印字のために吐出口７７から吐出する記録ヘッド７８には、ＩＤ機能（認証機能）を備えた、第２の実施の形態と同様の構成を有する素子７９が配置される。この素子７９への電力供給は、素子表面に配した電極部と記録ヘッド７８を駆動するための電気基板上のコンタクト部との接触によって行なってもよい。
【０１１２】
そして、各素子７１，７９に外部から起電力を供給すると、インク７３中の素子７１は、インク情報として例えばインクの残量情報を入手し、記録ヘッド７８側の素子７９は例えばタンク交換のためのインク残量を判断するＩＤ情報を素子７１に伝達する。すると、素子７１は入手したインク残量とＩＤとを比較し、これらが一致したときのみ、素子７９に、外部へタンク交換を知らせるよう伝達指示する。素子７９はこれを受信して外部にタンク交換を知らせる信号を伝達したり、人の目や聴覚に訴える音や光等を出力する。
【０１１３】
また、図１４及び図１５に示した例では、各々の素子に起電力を供給する構成としたが、これに限らず、ある素子に供給した起電力を情報とともに他の素子に順次伝達する構成であってもよい。
【０１１４】
例えば図１６に示すように、第１の実施の形態の構成に、第３の実施の形態と同様の浮力発生手段と、他の素子への情報伝達機能および起電力供給機能とを付加した素子８１、及び、第２の実施の形態の構成に、第３の実施の形態と同様の浮力発生手段と、他の素子への情報伝達機能および起電力供給機能とを付加した素子８２がそれぞれ、図１５と同様のインクタンク７２のインク７３中の所望の位置に配置される。一方、インクタンク７２と連結した記録ヘッド７８には、ＩＤ機能（認証機能）を備えた、第２の実施の形態と同様の構成を有する素子８３が配置される。この素子８３への電力供給は素子表面に配した電極部と記録ヘッド７８を駆動するための電気基板上のコンタクト部との接触によって行なってもよい。
【０１１５】
そして、素子８１に外部から起電力を供給すると、インク７３中の一方の素子８１は、インク情報として例えばインクの残量情報を入手して、この情報を内部の規定条件と比較し、他方の素子８２へ伝達の必要がある場合は、入手したインク残量情報を他方の素子８２に、その素子８２を動作させる起電力とともに伝達する。起電力が供給された他方の素子８２は、素子８１から伝達されたインク残量情報を受信するとともに、インクに関する情報として例えばインクのｐＨ情報を入手し、記録ヘッド７８側の素子８３に、素子８３を動作させる起電力を伝達する。すると、起電力が供給された記録ヘッド７８側の素子８３は例えばタンク交換のためのインク残量又はインクのｐＨを判断するＩＤ情報を素子８２に伝達する。そして素子８２は、入手したインク残量情報およびｐＨ情報とＩＤを比較し、一致したときのみ、素子８３に外部へタンク交換を知らせるよう伝達指示する。素子８３はこれを受信して外部にタンク交換を知らせる信号を伝達したり、人の目や聴覚に訴える音や光等を出力する。このように、ある素子から他の素子へと情報とともに起電力を供給する方法も考えられる。
【０１１６】
なお、記録ヘッド７８は、液路内でヒーター等の電気熱変換素子の熱によりインクを発泡させ、その気泡成長エネルギーにより、液路と連通する微小開口よりインク滴を吐出するものが考えられる。
【０１１７】
（第５の実施の形態）
次に、本発明のインクタンクの第５の実施の形態を説明する。ここでは、図１に示した２室構造のインクタンクのインク供給口から外部へのインク供給において信頼性をより高く保てる構成例を挙げる。
【０１１８】
図１に示した２室構造のインクタンクでは、既に述べたとおり、インク供給口３からのインク導出中、先ずは負圧発生室１の負圧発生部材中からインクがインク供給口３に対して等方的に消費される。そのインク液面が連通路１０ｂに達すると、負圧発生室１内に入り込んでいた大気が連通路１０ｂを通ってインク室２に入り、それと見合った量のインクがインク室２から負圧発生室１へ導入され、負圧発生部材中のインクが消費される代わりにインク室２内のインクが消費される。この状態（以下、「気液交換時」とも称す）では負圧発生部材中のインク液面はほとんど変化しないため、インクジェットヘッドに対する負圧量が一定となり、インクジェットヘッドを常に安定した吐出量で動作させることができる。しかし、気液交換時のインク室２から負圧発生室１へのインク供給量よりも、インク供給口３からのインク消費量の方が大きい場合、インク室２と負圧発生室１のインク供給口３との間のインクパスが途切れたり、負圧発生室５へ十分なインク量を補給できなくなったりすることがある。この問題の対して、インク供給口３の周辺の負圧発生部材の材質をインク供給口３の周辺以外よりインク吸収力の高いもの（例えばＰＰ圧接体）に変えて対応している。しかし、この対策では上記の問題の発生を予期して瞬時（デジタル的）に対応することはできない。そこで、上記の問題発生を予期したら瞬時に対応できる機能が望まれた。このような今までにない機能を持った、図１と同等の２室構造のインクタンクをここでは提案する。
【０１１９】
図１７は本発明のインクタンクの第５の実施の形態を示す概略断面図である。この図に示す２室構造のインクタンク（図１と同様）において、圧力変動を検知する圧力センサ（圧力検知手段）を有する立体形半導体素子４（第１の監視手段）が負圧発生室１に配置され、連通路５０ｂには開閉バルブを有する立体形半導体素子５（流量調節装置）が配置されていて、立体形半導体素子４からの圧力信号を受信し、前記開閉バルブによって連通路５０ｂの流量を調節する。但し、立体形半導体素子４の位置はインク切れを未然に防止する目的から、インク切れが起きる限界線（図Ｓ１中の点線で示す気液界面。）より直ぐ上に配置される必要がある。
【０１２０】
また、立体形半導体素子４には第１又は第２の実施の形態（図２又は図９の構成）が適用でき、この場合、素子４における情報入手手段は圧力センサである。一方、立体形半導体素子５には、第２の実施の形態（図９の構成）において情報伝達手段を開閉バルブに代え、かつ情報入手手段を備えていないものが適用できる。このように、連通路５０ｂに配置する開閉バルブ装置として、第２の実施の形態による立体形半導体素子を利用したが、本発明は電源を持たず非接触で連通路の流量調節を行えるバルブ装置であれば、立体形半導体素子でなくともよい。
【０１２１】
また必要に応じて、インク室２内のインク液面には、インク残量を検知し、ある一定量レベル以下になると立体形半導体素子５の開閉バルブを全開にしておくように制御する手段を有する立体形半導体素子６（第２の監視手段）が浮かべられている。この立体形半導体素子６によるインク残量検知および浮力発生の方法については第１の実施の形態と同じ方法を採ることができる。
【０１２２】
さらに、立体形半導体素子４，５，６の起動は図４を用いて説明した誘導起電力で行うことが考えられる。
【０１２３】
次に、この形態のインクタンクによるインク供給動作を説明する。
【０１２４】
図１７を参照すると、前述したような気液交換時に負圧発生室１の液面が、これ以上下がるとインクパス切れが起きるおそれのある限界線（図中の点線）に達した場合、立体形半導体素子４が前記液面より上方となって大気にさらされる。このように素子４周囲の負圧発生部材に液体が存在する状態から液体の無い状態になる時には圧力変動が生じるため、素子４の圧力センサーがこの圧力変動を検知することで、インク室２からインク供給口３へのインクパスが切れる状態を未然に察知することが出来る。そして、立体形半導体素子４は圧力センサーで得た圧力変動情報を、連通路５０ｂの立体形半導体素子５に伝達する。
【０１２５】
立体形半導体素子５は立体形半導体素子４からの圧力変動情報を受信し、この圧力変動情報に応じて開閉バルブを制御する。つまり、負圧発生室１の液面が下がってインクパス切れが起きるおそれのある限界線に達したら、連通路５０ｂの素子５の開閉バルブをより開くことでインク室２から負圧発生室１へのインク供給量を上げる。また、インクパス切れが起こらない状態に液面が復帰したことが圧力センサーで得た素子４周辺の圧力値によって判断できたら、連通路５０ｂの立体形半導体素子５の開閉バルブを絞り、通常の流量にする。
【０１２６】
以上のようにして、図１と同等の２室構造のインクタンクにおいて、インク室２から負圧発生室１のインク供給口３へのインクパス切れ等の起こりうる状態を察知し、この状態にならないよう瞬時に対応する機能を持たせることができる。
【０１２７】
なお、インク室２に立体形半導体素子６を備えている場合は、立体形半導体素子６で得たインク室２内のインク残量情報を立体形半導体素子５が受信し、インク残量がある一定量レベル以下である判断すると開閉バルブを全開に制御する。これにより、インク室２内のインク残量が減っても負圧発生室１への十分な供給量が確保でき、インク供給の信頼性のより一層高い２室構造タンクを提供する事が出来る。
【０１２８】
立体形半導体素子６によるインク室２内のインク残量検知は第１の実施の形態で説明したように、共振周波数領域での振幅値が素子と外部共振回路との距離によって変化することを利用して行う方法に限らず、次のような方法であってもよい。すなわち、立体形半導体素子６にインク室２内の圧力を検知する圧力センサーを設け、インク室２内の液体が消費される前のインク室２内の初期圧Ｐ０と、インク室２内の液体が消費されているある時点の圧力Ｐとを検知することで圧力損失ｈ（図１７参照）を求め、この圧力損失ｈの情報を立体形半導体素子５に伝達してもよい。圧力損失ｈは ｈ＝（Ｐ０−Ｐ）／ρｇ （ここで、ρｇは立体形半導体素子の比重量である。）によって求められる。この圧力損失の上限値は、各々の記録ヘッドの仕様（例えば、ノズル数、吐出量、駆動周波数、インクタンクから記録ヘッドのインク供給口のサイズ等）によって設定されており、前記記録ヘッドの使用中に、この上限値を超えた場合には、Ｅｍｅｒｇｅｎｃｙ信号が本発明の立体形半導体素子から記録ヘッド及び、記録装置へ伝送されて、記録装置から記録ヘッドへの画像データや記録ヘッドを制御している駆動信号を転送停止にすることで、記録ヘッドへのインクの供給不足による画像劣化を防止することができる。
【０１２９】
（その他の実施の形態）
以下に、上述した各実施形態に適用可能なその他の実施形態について説明する。
【０１３０】
〈浮遊型の立体形半導体素子の液面での安定化〉
立体形半導体素子が、図７に示すような空洞部を有する構成であり、また、立体形半導体素子への電力の供給が、図４に示した発振回路と外部共振回路とによりなされる場合、インクタンクがどのような状態においても、素子に作り込まれた発振回路と外部の外部共振回路との間で安定した磁束（磁界）が働いている必要がある。つまり、外部共振回路に対する素子の向きが安定している必要がある。しかし、素子がインクなど液体中に浮遊している場合、外部振動により液面が振動し、素子の向きが変動することがある。そのような場合でも、素子が液体中で安定した姿勢を保持するために、浮遊型の立体形半導体素子の重心を以下のように決定する。
【０１３１】
図１８で示しているように、球体として形成した立体形半導体素子２１０を液体中に浮遊させた場合、図１８（ａ）のように、釣り合いの状態にあるためには、
（１）浮力Ｆ＝物体の重量Ｗ、かつ、
（２）浮力の作用線と重量の作用線（重心Ｇを通る線）とが一致、
という関係が成り立っていることが必要である。
【０１３２】
そして、図１８（ｂ）のように、外力により液体が振動して、立体形半導体素子２１０が、釣り合いの状態から少し傾いた時、浮力の中心Ｃが移動し、浮力と重量とで偶力となる。
【０１３３】
ここで、釣り合いの状態にあるときの重量の作用線（図１８（ｂ）中の一点鎖線）と、傾いたときの浮力の作用線（図１８（ｂ）中の実線）との交点をメタセンタといい、メタセンタと重心Ｇとの距離ｈをメタセンタの高さという。
【０１３４】
立体形半導体素子２１０のメタセンタは重心Ｇよりも高い位置にあり、これにより、偶力（復元力）は元の釣り合いの位置に戻そうとする向きに作用する。この復元力Ｔは、
【０１３５】
【数１３】
【０１３６】
そこで、この復元力Ｔを正にするためには、ｈ＞０となることが必要十分条件である。
【０１３７】
そして、図１８（ｂ）から、
【０１３８】
【数１４】
【０１３９】
【数１５】
【０１４０】
〈情報入手手段〉
インクに関する情報およびその情報を入手する情報入手手段としては、上述した各実施形態で述べたものの他に、（１）ＳｉＯ２膜やＳｉＮ膜をイオン感応膜として作り、インクのｐＨを検知するセンサ（イオンセンサ）、（２）ダイヤフラム構造を有し、タンク内の圧力変化を検知する圧力センサ、（３）光を熱エネルギーに変換し、焦電効果を有するフォトダイオードを作り込み、現在の位置を検出し、インク残量を検知するセンサ、（４）材料の導電効果を用いて、タンク内の水分量によりインク有無を検知するセンサ等が挙げられる。
【０１４１】
〈イオンセンサ〉
上記の情報入手手段をイオンセンサとした場合について詳細に説明する。
【０１４２】
図１９は、本発明の立体形半導体素子に設けられたイオンセンサの断面図である。
【０１４３】
図１９に示すように、立体形半導体素子のベースとなる球状シリコン３０１の表面には、ＳｉＮまたはＳｉＯ２からなるイオン感応膜３０２が、その一部を間隙部３０７を介して球状シリコン３０１と間隔をあけて形成されている。イオン感応膜３０２の表面にはゲート絶縁膜３０３が形成されている。さらに、ゲート絶縁膜３０３の表面には、Ｎ型不純物を導入したソース領域３０４ａおよびドレイン領域３０４ｂからなるＮ型ウェル層が形成され、さらにその上に、Ｐ型ウェル層３０５が形成されている。また、間隙部３０７が形成された領域の、球状シリコン３０１の表面の一部には参照電極３０６が形成され、以上により、イオン選択性ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）であるイオンセンサ３００が構成される。
【０１４４】
間隙部３０７は、参照電極３０６が形成された球状シリコン３０１の表面に、インク感応膜３０２等を形成する前に、参照電極３０６を覆って犠牲層を形成しておき、Ｐ型ウェル領域３０５が形成された後、この犠牲層をエッチング等により除去することで形成することができる。また、間隙部３０７は、不図示の連通部を介してイオンセンサ３００の外部と連通しており、この立体形半導体素子がインク中に設置された状態では、インクは連通部を介して間隙部３０７内を自由に行き来できる。
【０１４５】
インク感応膜３０２がインクと接することにより、インク感応膜３０２とインクとの間でインク中のイオン種とその濃度に応じた界面電位が発生する。イオンセンサ３００のソース−ドレイン間に所定のバイアス電圧を印加しておくことにより、界面電位に応じたドレイン電流が流れる。測定時には、参照電極３０６とソースとの間に適当なバイアスを印加しておき、界面電位とこのバイアスとの和に応じたドレイン電流を観測する。あるいは、イオンセンサ３００をソースフォロア回路として構成し、抵抗を介して電位として出力を得るようにしてもよい。
【０１４６】
ところで、インクジェット記録装置で使用されるインクは、一般的に、溶媒としての水に、染料や顔料を溶解または分散させたものである。具体的には、カルボキシル基や水酸基を有する染料イオンや、これらの基を有する分散剤によって親水化された顔料や、これらの基を付着させた顔料粒子を水に溶解または分散させたものである。このような染料あるいは顔料は、水溶液系であるインク中で、図２０（ａ）、（ｂ）に示すように、水素結合などの比較的弱い結合により、会合状態を形成する。このような会合状態が数十／数百の分子間で起こると、仮想的に高分子の色材分子となり、インクの動的粘度を低下させ、その結果、記録ヘッドからの吐出特性の劣化をもたらすことになる。
【０１４７】
上述した会合状態が形成されると、見かけ上、イオンとしてのカルボキシル基や水酸基の活量が低下することになるとともに、イオン自体の実効的な分子量が大きくなるため、イオンセンサ３００での検出電位に変化を生じさせることになる。本例の立体形半導体素子は、例えば記録ヘッドのインクと接触する領域に設置し、インク中での染料イオン等の会合状態をイオンセンサ３００によって検知し、必要に応じて記録ヘッドの回復動作等を行って、記録ヘッド内のインクを常に一定の解離状態にする。
【０１４８】
図２１（ａ）は、イオンセンサでの検知結果を出力するための回路の一例を示す図であり、図２１（ｂ）は、図２１（ａ）の回路をロジック回路として表したものである。ここでは、イオン濃度に応じて発振周波数が変化する発振回路を説明する。
【０１４９】
図２１に示す例では、ＭＯＳトランジスタ３２０，３２１を直列に接続してインバータ回路３２２，３２３が構成され、このようなインバータ回路３２２，３２３を２段、リング状に接続して発振回路を構成し、さらにインバータ回路３２３の出力をバッファとしての１段のインバータ回路３２２を介して取り出すことにより、発振出力としている。イオンセンサ３００は、インバータ回路３２２の出力（すなわちインバータ回路３２３の入力）と接地点との間に挿入されている。この回路によれば、イオンセンサ３００での検出電位に応じて発振周波数が変化する。従って、この発振周波数を検出することにより、インクのイオン濃度を検出することができる。
【０１５０】
本発明の立体形半導体素子をインクタンクのインク中、特に液面付近に配しておくと、上述したように、インク中の色材分子等が会合していくと、仮想的に高分子状態になり、底面付近に沈降し、インクタンク中のインクに濃度分布やｐＨ分布が発生するのを検知することができる。その結果を外部に伝達することで、これらの分布をなくす動作を機能させることが可能となる。
【０１５１】
イオンセンサ３００での検出電圧値は、ネルンスト（Ｎｅｒｎｓｔ）の式によって支配されるため、温度の関数でもある。そこで、温度の影響をなくすため、例えば温度センサも別に設け、温度の測定値に応じてイオン濃度の測定値を補正できるようにしてもよい。このように温度センサを設けた場合には、イオンセンサと温度センサとを同一の素子に形成してもよいし、それぞれ別の素子に形成し、第４の実施形態のように、温度センサを形成した素子が入手した情報を、イオンセンサを形成した素子に伝達する構成としてもよい。
【０１５２】
また、流体力学の面から導かれたストークス（Ｓｔｏｋｅｓ）の法則によれば、イオンのモル濃度λは、
【０１５３】
【数１６】
で与えられ、また、イオンの拡散係数Ｄは、
【０１５４】
【数１７】
で与えられる。この流体力学のストークスの法則がインク中のイオンの運動に当てはめることができるとする。その際、インクカートリッジやインクタンクに注入する前に、インクのモル伝導度λや拡散係数Ｄを測定しておいて、素子に設けられている情報蓄積手段または素子の外部に予め設けられているメモリに認識させておく。
【０１５５】
インク中の色材成分（染料もしくは顔料）にのみ着目してみると、イオン半径ｒ、粘性率η、電荷数Ｚが、可変するパラメータになる。
【０１５６】
さらに、着目したイオンの双極子モーメントμは、
【０１５７】
【数１８】
【０１５８】
【数１９】
で表される。
【０１５９】
上述のイオンセンサを用いて、検出電位の変化が、（イオンの電荷数Ｚ／イオン半径ｒ）に比例すると考えると、式（１０）から、粘性率ηの変化を相対的に見積もることができる、この粘性率ηの変化に応じて吐出特性を一定にするためのパルス制御が、極めて有効な手段になると考えられる。又、インクタンク内での上記変化が、インク中に発生した場合には、本発明の立体形半導体素子に不図示の発熱素子を配して、インクタンク中のインクを温めることで、インク中の染料や親水化された顔料成分のイオン成分の拡散係数を増すことで、上記成分の会合状態を遮断して、イオン化を促進して、インクの粘性の増加を抑制することができる。
【０１６０】
〈圧力センサ〉
前記情報入手手段として利用される圧力センサの一例について詳しく説明する。
【０１６１】
図２２は、本発明のインクタンクに収容する立体形半導体素子に設けられる圧力センサの構造の一例を説明する断面図である。
【０１６２】
図２２に示す圧力センサは、ポリシリコン膜におけるピエゾ抵抗効果を利用した半導体歪ゲージであり、球状シリコンから作られる立体形半導体素子の表面の常にインクと接する部位に形成されている。ポリシリコン抵抗層２２１は、球状シリコン２００の表面に、空洞部２２５を介して部分的に浮き上がったダイアフラムとして形成されている。ポリシリコン抵抗層２２１の浮き上がった領域での両端部には、例えばＣｕまたはＷからなる配線２２２が設けられている。そして、ポリシリコン抵抗層２２１および配線２２２は、ＳｉＮからなる保護膜２２３で覆われ、これにより圧力センサが構成されている。
【０１６３】
次に、図２２に示す圧力センサによる圧力検知原理について、図２２、および図２２に示すポリシリコン抵抗層からの出力をモニタする回路の回路図である図２３を参照して説明する。
【０１６４】
図２３において、ポリシリコン抵抗層２２１の通常時の抵抗値をｒとすると、電流計２３０には、
ｉ＝ＶＤＤ／｛Ｒ０＋Ｒ×ｒ（Ｒ＋ｒ）｝ （２１）
の電流が流れる。また、ポリシリコンは、その変位にほぼ比例して抵抗値が増加する特性を有する。従って、通路２１２の圧力の変化によってポリシリコン抵抗層２２１が変位すると、ポリシリコン抵抗層２２１の抵抗値ｒが変化し、その結果、電流計２３０で測定される電流ｉも変化する。すなわち、電流ｉの変化からポリシリコン抵抗層２２１の変位量がわかり、それによってインクの圧力が検知可能となる。
【０１６５】
更に詳細に説明すると、ポリシリコン抵抗層２２１の長さをＬ、断面積をＳとすると、抵抗率ρを用い、全抵抗値Ｒは、
Ｒ＝ρＬ／Ｓ （２２）
で表される。ここで、ポリシリコン抵抗層２２１が、圧力変化に伴って変化すると、その長さはＬ＋ΔＬと長くなり、抵抗値が増加する。一方、断面積はＳ−ΔＳと小さくなり、また、ρもρ’と変化する。抵抗値の増加分ΔＲと長さの増加部ΔＬとの関係は、
【０１６６】
【数２０】
【０１６７】
【数２１】
【０１６８】
そして、ブリッジ回路等を用いて、抵抗値の変化分ΔＲを検出することで圧力変動を求めることができる。
【０１６９】
ポリシリコンは温度によって歪み抵抗が変化する特性を持つ。そのため、ポリシリコン抵抗層２２１を有する圧力検知センサでは、ポリシリコン抵抗層２２１の温度をモニタする温度センサを更に備えることが望ましい。つまり、ポリシリコン抵抗層２２１に、温度センサを介して電圧ＶＤＤを供給することにより、環境温度の変化によるポリシリコン抵抗層２２１の抵抗変化を補償して、インクの圧力をより正確に検知することができる。
【０１７０】
〈開閉バルブ〉
前述した第５の実施の形態における開閉バルブの具体的な構造の一例について、その製造工程とともに説明する。
【０１７１】
図２４は、第５の実施の形態の開閉バルブが形成された立体形半導体素子の構造の一例を、前述したボール・セミコンダクタに用いられる球状シリコンに形成する場合について説明する図であり、図２５は、図２４に示す圧力調整手段の製造工程を説明する図である。なお、図２４および図２５では、球状シリコンの中心を通る断面で示している。
【０１７２】
図２４に示すように、球状シリコン２００の互いに相対する２つの箇所にそれぞれベース電極２０１が形成されている。また、球状シリコン２００を取り囲んで、ＳｉＮ膜２０６が形成されている。ＳｉＮ膜２０６は、各ベース電極２０１と対向する領域が、球状シリコン２００の表面と間隔をあけて片持ち支持された可動部２１０，２１１となっている。各可動部２１０，２１１には、それぞれベース電極２０１と対向するバルブ電極２０５が設けられている。また、ＳｉＮ膜２１０６は、部分的に、一方のベース電極２０１から他方のベース電極２０１にわたる領域が球状シリコン２００と間隔をあけて形成されており、この部分が、一方の可動部２１０側と他方の可動部２１１側との間での気体の流通を可能とする通路２１２となっている。
【０１７３】
次に、図２４に示した開閉バルブの製造方法について図２５を参照して説明する。
【０１７４】
まず、図２５（ａ）に示す球状シリコン２０１に対し、その全表面上に、図２５（ｂ）に示すようにＰＳＧ（ｐｈｏｓｐｈｏ ｓｉｌｉｃａｔｅ ｇｌａｓｓ）膜２０２を形成する。なお、 ＰＳＧ膜２０２を形成する前に、球状シリコン２０１には、その中心に対して対称となる２カ所に、それぞれベース電極２０１が予め形成されている。その後、図２５（ｃ）に示すようにＰＳＧ膜２０２に少なくともベース電極２０１を露出させる開口２０３、および後述する通路を形成するため、フォトリソグラフィプロセスを用いて、通路となる部分を残してＰＳＧ膜２０２をパターニングする。
【０１７５】
そして、図２５（ｄ）に示すように、ベース電極２０１およびＰＳＧ膜２０２を覆って、メタルＣＶＤ法によってＣｕ膜２０４を形成し、そのＣｕ膜２０４を、ベース電極２０１上およびその周囲の部分を残して除去する。その後、図２５（ｅ）に示すように、Ｃｕ膜２０４上の、後述する可動部となる部分にバルブ電極２０５を形成し、さらに、球状シリコン２００の全周に、これらＰＳＧ膜２０２、Ｃｕ膜２０４およびバルブ電極２０５を覆って、ＰＥＣＶＤ法を用いてＳｉＮ膜２０６を形成する。
【０１７６】
更に、図２５（ｆ）に示すように、ＳｉＮ膜２０６を、可動部の形状にパターニングする。この段階での素子の概略の平面図を図２６に示す。ＳｉＮ膜２０６のパターニングにより、図２６に示すように、ＳｉＮ膜２０６のＣｕ膜２０４上の部分に、放射状のスリット２０６ａが形成される。そして、Ｃｕ膜２０４およびＰＳＧ膜２０２を適宜溶剤で溶解して除去する。これにより、図２５（ｇ）に示すように、上部および下部の２カ所にそれぞれ球状シリコン２００と間隔をあけて支持されて弁として作用する可動部２１０，２１１を複数備え、上部の可動部２１０と球状シリコン２００との間の空間と、下部の可動部２１１と球状シリコン２００との間の空間とが、複数の通路２１２によって互いに繋がった構造を有する立体形半導体素子が得られる。
【０１７７】
この立体形半導体素子を図１７に示したインクタンクの連通路５０ｂに配置する際は、一方の可動部２１０を図１７に示したインクタンクのインク室２側に位置させ、他方の可動部２１１を図１７インクタンクの負圧発生室１側に位置させる。
【０１７８】
次に、上述した開閉バルブを有する立体形半導体素子が取り付けられたインクタンクでのインク供給量調整方法について、図２４、図２７および図２８を参照して説明する。
【０１７９】
図２７は、図２４に示す開閉バルブに関連する電気的構成の等価回路図である。この図から明らかなように、互いに対向するバルブ電極とベース電極との間でコンデンサＣが構成されている。
【０１８０】
また、図１１は、図７に示す圧力調整手段の、バルブ電極およびベース電極への印加信号の一例のタイミングチャートである。
【０１８１】
まず最初に、ベース電極２０１およびバルブ電極２０５をＧＮＤレベルに設定しておく。そして、ベース電極２０１にハイレベル信号を印加し、さらにバルブ電極２０５にハイレベル信号を印加する。これにより、バルブ電極２０５とベース電極２０１との間に静電引力が働き、バルブ電極２０５がベース電極２０１に引き寄せられるので、結果的に、通路２１２の両端の可動部２１０，２１１が球状シリコン２００側に変位して球状シリコン２００と接触し、通路２１２の両端が、スリット２０６ａによる隙間を残して閉鎖される。各通路２１２の両端の可動部２１０，２１１のバルブ電極２０５全てにハイレベル信号を印加すれば、全ての通路２１２の出入口が最小に絞られる。
【０１８２】
この状態を初期状態とし、流量を上げるときは、所望の数の通路２１２の両端の可動部２１０，２１１のバルブ電極２０５にローレベル信号を印加する。これにより、可動部２１０，２１１は球状シリコン２００から離れ、通路２１２の出入口が大きく開く。開く通路の数に応じて流量を調節することができる。また、再び流量を絞るときは、再びバルブ電極２０５にハイレベル信号を印加して可動部２１０，２１１を変位させ、通路２１２を閉鎖する。この場合も、閉鎖する通路の数によって、絞る流量を調節することができる。
【０１８３】
〈インクジェット記録装置〉
図２９に、本発明のインクタンクを搭載するインクジェット記録装置（液体吐出記録装置）の概略斜視図を示す。図２９に示されるインクジェット記録装置６００に搭載されたヘッドカートリッジ６０１は、印字記録のためにインクを吐出する液体吐出ヘッドと、その液体吐出ヘッドに供給される液体を保持する図１に示した２室構造のインクタンクとを有するものである。また、インクタンク内に配された立体形半導体素子（不図示）へ外部エネルギーである起電力を供給する外部エネルギー供給手段６２２や、立体形半導体素子と情報を双方向に通信する手段（不図示）が記録装置６００内に設置されている。
【０１８４】
ヘッドカートリッジ６０１は、図２９に示すように、駆動モータ６０２の正逆回転に連動して駆動力伝達ギヤ６０３および６０４を介して回転するリードスクリュー６０５の螺旋溝６０６に対して係合するキャリッジ６０７上に搭載されている。駆動モータ６０２の動力によってヘッドカートリッジ６０１がキャリッジ６０７と共にガイド６０８に沿って矢印ａおよびｂの方向に往復移動される。
【０１８５】
インクジェット記録装置６００には、ヘッドカートリッジ６０１から吐出されたインクなどの液体を受ける被記録媒体としてのプリント用紙Ｐを搬送する被記録媒体搬送手段（不図示）が備えられている。その被記録媒体搬送手段によってプラテン６０９上を搬送されるプリント用紙Ｐの紙押さえ板６１０は、キャリッジ６０７の移動方向にわたってプリント用紙Ｐをプラテン６０９に対して押圧する。
【０１８６】
リードスクリュー６０５の一端の近傍には、フォトカプラ６１１および６１２が配設されている。フォトカプラ６１１および６１２は、キャリッジ６０７のレバー６０７ａの、フォトカプラ６１１および６１２の領域での存在を確認して駆動モータ６０２の回転方向の切り換えなどを行うためのホームポジション検知手段である。プラテン６０９の一端の近傍には、ヘッドカートリッジ６０１の吐出口のある前面を覆うキャップ部材６１４を支持する支持部材６１３が備えられている。また、ヘッドカートリッジ６０１から空吐出などされてキャップ部材６１４の内部に溜まったインクを吸引するインク吸引手段６１５が備えられている。このインク吸引手段６１５によりキャップ部材６１４の開口部を介してヘッドカートリッジ６０１の吸引回復が行われる。
【０１８７】
インクジェット記録装置６００には本体支持体６１９が備えられている。この本体支持体６１９には移動部材６１８が、前後方向、すなわちキャリッジ６０７の移動方向に対して直角な方向に移動可能に支持されている。移動部材６１８には、クリーニングブレード６１７が取り付けられている。クリーニングブレード６１７はこの形態に限らず、他の形態の公知のクリーニングブレードであってもよい。さらに、インク吸引手段６１５による吸引回復操作にあたって吸引を開始するためのレバー６２０が備えられており、レバー６２０は、キャリッジ６０７と係合するカム６２１の移動に伴って移動し、駆動モータ６０２からの駆動力がクラッチ切り換えなどの公知の伝達手段で移動制御される。ヘッドカートリッジ６０１に設けられた発熱体に信号を付与したり、前述した各機構の駆動制御を司ったりするインクジェット記録制御部は記録装置本体側に設けられており、図２９では示されていない。
【０１８８】
上述した構成を有するインクジェット記録装置６００では、前記の被記録媒体搬送手段によりプラテン６０９上を搬送されるプリント用紙Ｐに対して、ヘッドカートリッジ６０１がプリント用紙Ｐの全幅にわたって往復移動する。この移動時に不図示の駆動信号供給手段からヘッドカートリッジ６０１に駆動信号が供給されると、この信号に応じて液体吐出ヘッド部から被記録媒体に対してインク（記録液体）が吐出され、記録が行われる。
【０１８９】
なお、図２９ではインクジェット記録装置の外装は示していないが、外装のカバーを半透明など中の状態が見れるものを用い、インクタンクも半透明のものを用いた場合には光を伝達手段として用いると、タンクの光をユーザーが見ることができるので、例えば「タンク交換の必要がある」ことが分かり易く、ユーザーに、タンク交換の必要性を喚起することができる。従来は、記録装置本体の操作ボタンに発光手段を設け、その発光手段を発光させることによってタンク交換をユーザーに知らせていたが、発光手段は幾つかの表示機能を兼用している場合が多く、発光手段が発光してもユーザーはこの発光が何を意味しているのか分かりにくい場合が多かった。
【０１９０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、密閉された液体収容室と一部が大気に連通する吸収体収容室とを容器底部の連通路で連通させ、吸収体収容室に液体吐出ヘッドへの供給口を設けてなる２室構造の液体収納容器において、液体（インク）に関する情報を入手する機能と、入手した情報を外部に伝達する機能とを少なくとも作り込んだ素子を液体に接するように１つ以上配置することで、液体に関する情報の入手および外部への伝達を効率的に行うことができる。特に、立体形半導体素子が入手した情報に基づいて記録装置の駆動やインク供給量等を制御し、高品位な記録を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のインクタンクの第１の実施の形態を示す概略構成図である。
【図２】第１の実施の形態における立体形半導体素子の内部構成および外部とのやり取りを表したブロック構成図である。
【図３】図２に示した立体形半導体素子の動作を説明するためのフローチャートである。
【図４】本発明に適用する立体形半導体素子の構成要素であるエネルギー変換手段の電力発生原理を説明するための図である。
【図５】図４に示す発振回路からの出力を共振周波数と振幅との関係で示す図である。
【図６】図４に示す発振回路からの出力の振幅のピーク値とインクのｐＨとの関係を示す図である。
【図７】図１に示す浮遊型の立体形半導体素子の製造方法の一例を説明するための一連の工程を示す図である。
【図８】本発明に適用する立体形半導体素子を駆動制御するＮ−ＭＯＳ回路素子を縦断するように切断した模式的断面図である。
【図９】本発明に適用する立体形半導体素子の第２の実施の形態の内部構成および外部とのやり取りを表したブロック構成図である。
【図１０】図９に示した立体形半導体素子の動作を説明するためのフローチャートである。
【図１１】本発明に適用する立体形半導体素子の第３の実施の形態の内部構成および外部とのやり取りを表したブロック構成図である。
【図１２】インクタンクのインク中に浮遊させた図９の構成の素子の位置を、インクの消費変化とともに示す図である。
【図１３】図９に示す構成の素子の位置を確認し、タンク交換の必要性を判断するためのフローチャートである。
【図１４】本発明のインクタンクの第４の実施の形態の概念を説明するための図である。
【図１５】インクタンク内及びこれに接続したインクジェットヘッド内にそれぞれ、第１、第２又は第３の実施の形態を適宜組み合わせた立体形半導体素子を配置した例を示す図である。
【図１６】インクタンク内及びこれに接続したインクジェットヘッド内にて、ある立体形半導体素子に供給した起電力を情報とともに他の立体形半導体素子に順次伝達する構成例を示す図である。
【図１７】本発明のインクタンクの第５の実施の形態を示す概略断面図である。
【図１８】図７で示す方法で製造した立体形半導体素子が液体中で安定した状態を保持するための条件を説明するための図である。
【図１９】本発明の立体形半導体素子を構成する情報入手手段の一例であるイオンセンサを説明する図である。
【図２０】インク中の染料イオンの会合状態を説明する図である。
【図２１】図１９に示すイオンセンサでの検知結果を出力するための回路の一例を示す図である。
【図２２】本発明の立体形半導体素子に設けられる圧力センサの構造の一例を説明する図である。
【図２３】図２２に示すポリシリコン抵抗層からの出力をモニタする回路の回路図である。
【図２４】図１７のインクタンクの連通路に配される立体形半導体素子の圧力バルブの構造の一例を説明する図である。
【図２５】図２４に示す圧力バルブの製造工程を説明する図である。
【図２６】図２５（ｆ）に示す状態での立体形半導体素子の平面図である。
【図２７】図２４に示す圧力バルブに関連する電気的構成の等価回路図である。
【図２８】図２４に示す圧力バルブの、バルブ電極およびベース電極への印加信号の一例のタイミングチャートである。
【図２９】本発明のインクタンクを搭載するインクジェット記録装置の一例の概略斜視図である。
【図３０】従来のインク残量検知装置の一例を示す図である。
【図３１】従来のインク残量検知装置の他の例を示す図である。
【符号の説明】
１ 負圧発生室
２ インク室
３ インク供給口
１０ インクタンク
１０ａ 仕切壁
１０ｂ 連通路
４、５，６，１１，２１，３１，４１，５１，６１，７１，７９，８１，８２，８３ 立体形半導体素子
１２，２２，３２ 起電力
１３，２３，３３ 電力
１４，２４，３４ エネルギー変換手段
１５，２５ 情報入手手段
１６，２６ 判断手段
１７，２７ 情報蓄積手段
１８，２８ 情報伝達手段
２９ 受信手段
３０ 入力信号
３５ 浮力発生手段
３６、７４ インク供給口
３７ 負圧発生部材
３８，７３ インク
７２ インクタンク
７５ 液路
７６ 液室
７７ 吐出口
７８ 記録ヘッド
１０１ 外部共振回路
１０２ 発振回路
２０１，３０１ 球状シリコン
２０２ ＳｉＯ２膜
２０３ 開口
２０４ 空洞部
２０５ ＳｉＮ膜
２０６ Ｃｕ膜
２０７ 封止部材
３００ イオンセンサ
３０２ インク感応膜
３０３ ゲート絶縁膜
３０４ａ ソース領域
３０４ｂ ドレイン領域
３０５ Ｐ型ウェル層
３０６ 参照電極
３０７ 間隙部
６００ インクジェット記録装置
６０１ ヘッドカートリッジ
６０７ キャリッジ
６２２ 外部エネルギー供給手段
Claims (3)
- 液滴を吐出する液体吐出ヘッドに供給されるインクを収容した液体収納容器であって、
前記液体収納容器は、一部が大気に連通されるとともに前記液体吐出ヘッドに液体を供給する供給口とを備え内部に液体を吸収する吸収体が収容された第１室と、外部から密閉され前記液体を直接収容する第２室と、前記液体収納容器の使用状態における底部側に前記第１室と前記第２室を連通する連通路とを有しており、
前記第１室内には前記第１室の圧力変動を監視する第１の監視手段としての第１の立体形半導体素子が、
前記第２室内には前記第２室の液量を監視するために、液面もしくは液中に浮かんで配された液体の残量を検知する残量検知手段を構成する第２の監視手段としての第２の立体形半導体素子が、
前記連通路には、前記第１の監視手段もしくは第２の監視手段からの情報に応じて前記連通路を流れる液体の流量を調節する流量調節装置としての第３の立体形半導体素子が、それぞれ配置されており、
前記第２監視手段としての第２の立体形半導体素子は、液面もしくは液中の所定の高さで浮遊するための空洞部を有し、前記第２の立体形半導体素子の重心が当該素子の中心より下方に位置するとともに、当該素子のメタセンタが前記重心より常に上方に位置するように構成されたものであり、
前記流量調節装置としての第３立体形半導体素子は、前記第１の監視手段もしくは第２の監視手段からの情報を受信する受信手段と、前記受信した情報に応じて前記液体の流量を調整するために、球状シリコンと、該球状シリコンと間隔を有して片持ち支持されて前記第１もしくは第２の立体形半導体素子の情報に応じて開閉動作される第１可動部および第２可動部と、該第１可動部と第２可動部とをつなぎ前記球状シリコンとの間に空間として構成された通路と、前記球状シリコンの表面の一部に設けられた第１および第２ベース電極と、前記第１および第２ベース電極と対向し前記第１および第２可動部にそれぞれ設けられた第１および第２バルブ電極と、を備え、外部から与えられるエネルギーを、前記受信手段および前記可動部を動作させるための前記エネルギーとは異なる種類のエネルギーに変換するエネルギー変換手段とを少なくとも有して構成されている、ことを特徴とする液体収納容器。 - 前記第１、第２の前記立体形半導体素子は、少なくとも前記液体の水素イオン濃度指数、濃度、密度の一つを含む、前記液体の化学的物性の情報を入手する情報入手手段として機能させることを特徴とする請求項１に記載の液体収納容器。
- 前記第１、第２の前記立体形半導体素子は、さらに前記情報入手手段により入手された入手情報と比較するための情報を蓄積する情報蓄積手段と、入手した前記液体の化学的物性の変化情報を前記情報蓄積手段の情報と比較することで液体の物理的物性値の変化を推定して情報伝達の必要性を判断する判断手段と、を備えることを特徴とする請求項２に記載の液体収納容器。
Priority Applications (20)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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